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Obiettivi e contenuti del corso
Le trasmissioni meccaniche giocano un ruolo fondamentale in sistemi complessi in diversi settori di applicazione, come i trasporti, terrestri, aerei e marini, l’energia, sia da fonti convenzionali che rinnovabili, e l’industria. Solo a titolo di esempio, si citano le trasmissioni degli elicotteri, le trasmissioni delle autovetture e dei veicoli industriali, i moltiplicatori di giri delle pale eoliche o la trasmissione ad ingranaggi presente nei geared turbofan, che rappresentano la tendenza più recente nel campo della propulsione aerea civile. Tutte queste applicazioni evidenziano il ruolo fondamentale delle trasmissioni meccaniche sia nella massimizzazione delle prestazioni sia nel miglioramento dell’efficienza, non solo dei singoli componenti, ma dell’intero sistema.
Le trasmissioni costituiscono quindi un “laboratorio” all’interno del quale applicare i metodi di progettazione e di verifica più avanzati rispetto a diversi requisiti quali la resistenza strutturale, la durata, l’efficienza energetica e l’NVH (noise, vibration, harshness).
D’altro canto il presupposto fondamentale al progetto e all’ottimizzazione di un sistema complesso di trasmissione è costituito dalla corretta scelta, applicazione, dimensionamento, definizione delle tolleranze e dei dettagli costruttivi dei suoi componenti.
Per questo motivo, nel corso di Advanced Design of Machine Elements gli allievi saranno guidati nell’applicazione ai più significativi elementi di macchine dei principi generali della progettazione meccanica acquisiti nei corsi dell’area della Costruzione di Macchine. In particolare saranno approfonditi i collegamenti filettati, i collegamenti con spine e perni, le molle, i diversi tipi di cuscinetto (volventi e lisci), gli alberi e gli assi, il collegamento mozzo-albero nei suoi diversi principi e forme, per i quali, oltre ad essere esposte le verifiche rispetto ai cedimenti tipici, saranno presentate le soluzioni costruttive tipicamente utilizzate nella pratica, fino al disegno costruttivo e alle tolleranze di lavorazione.
Per quanto riguarda le filettature, con riferimento alle giunzioni per attrito tipiche delle macchine, sarà affrontato il calcolo delle sollecitazioni al serraggio e in esercizio per diverse configurazioni del giunto filettato, come passo preliminare indispensabile alla verifica della resistenza, statica e soprattutto a fatica.
Di perni e spine saranno presentate le proprietà fondamentali, le numerose esecuzioni utilizzate nella pratica e saranno fornite le formule di dimensionamento e le condizioni di impiego.
Per le molle, successivamente alla presentazione e alla classificazione, saranno presentati, per i più comuni tipi, i metodi di calcolo e i particolari costruttivi.
I cuscinetti, per i quali saranno approfondite le informazioni di base fornite nei corsi precedenti, saranno anche l’occasione per lo studio del contatto Hertziano e della fatica da contatto.
Gli assi, alberi, mozzi e relativi collegamenti, per i quali gli allievi conoscono i principi generali e gli approcci alla verifica, saranno approfonditi nel dettaglio costruttivo.
Gli ingranaggi, che costituiscono un componente delle macchine particolarmente significativo dal punto di vista della progettazione e della verifica, saranno l’occasione per approfondire, oltre ai cedimenti per fatica e fatica da contatto, già noti agli allievi dai corsi precedenti e dallo studio degli elementi di macchine sopra indicati, altre tipologie di cedimento quali lo scuffing, il micropitting e l’usura. Costituiranno anche lo spunto per fornire alcuni complementi relativi alla lubrificazione e ai lubrificanti.
Le trasmissioni ad ingranaggi, basate sia su rotismi ordinari che epicicloidali, costituiranno un esempio per lo studio degli equilibri, dei flussi di potenza, e delle perdite finalizzato al calcolo dell’efficienza, oltre che l’occasione per vedere l’applicazione degli elementi di macchine studiati.
Saranno presentati esempi pratici tratti da applicazioni automobilistiche, industriali, eoliche, navali, elicotteristiche, dei quali saranno mostrati disegni d’assieme e costruttivi delle singole parti.
Esercitazioni relative ai singoli elementi di macchine e laboratori progettuali costituiranno il naturale completamento delle lezioni teoriche.
Descrizione degli argomenti trattati
Introduzione: Sistemi di trasmissione e componenti. Richiami sulla progettazione
Collegamenti filettati: Richiami sulle generalità, sulle filettature, sui materiali e processi di ottenimento delle viti. Collegamenti con viti di serraggio: montaggio, precarico, analisi delle forze in esercizio. Resistenza delle viti. Giunzioni ad attrito. Soluzioni costruttive. Esempi di calcolo. Viti di Manovra.
Collegamenti con spine e perni: Premesse, Esecuzioni, Dimensionamento, Esempi di calcolo.
Molle: Premesse, parametri fondamentali (caratteristica, rigidezza, lavoro, serie/parallelo, coefficiente di utilizzazione) Scelta, dimensioni forme resistenza delle molle metalliche: molle di trazione, molle di flessione, molle di torsione. Esempi di calcolo. Molle di gomma. Molle a gas
Contatto: Teoria di Hertz, contatto lubrificato, calcolo della resistenza, pitting, micropitting, altri danneggiamenti (grippaggio, usura), perdite.
Cuscinetti a Rotolamento: Guide e cuscinetti, forma, realizzazione, tolleranze, lubrificazione, tipi. Resistenza e dimensionamento dei cuscinetti. Montaggio e configurazioni, attrito, perdite, temperatura.
Cuscinetti lisci: Cuscinetti idrodinamici radiali e assiali, cuscinetti idrostatici, materiali, realizzazione, lubrificante. Altri cuscinetti.
Assi, alberi, calettamenti: complementi su assi e alberi: soluzioni. Calettamenti: Forma, forza. Forzamento, conico, mediante elementi di bloccaggio. Chiavette. Alberi scanalati, linguette. Incollaggi.
Ingranaggi cilindrici: geometria e cinematica, forze. Principali cedimenti. Flessione, pitting, micropittin, scuffing, usura. Verifiche. Norme.
Trasmissioni a ingranaggi: rotismi ordinari e epicicloidali. Equilibri, forze, momenti. Potenze. Formula di Willis. Perdite, efficienza.
Testi consigliati
Niemann, Winter, Hohn, Elementi di Macchine parti I e II
Materiale didattico fornito dai docenti.
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