Il principale obiettivo dell'insegnamento è quello di fornire le nozioni necessarie per comprendere il funzionamento di una macchina e degli organi che la compongono, nonché di fornire i metodi e gli strumenti necessari ad affrontare, formalizzare e risolvere alcuni tra i principali problemi ingegneristici relativi alla cinematica e alla dinamica di una macchina e più in generale di un sistema di corpi rigidi in moto piano.

Gli obiettivi dell’insegnamento riguardano in particolare:

• strumenti e metodi per costruire un modello matematico di un sistema meccanico piano o di una macchina atto a rappresentarne il comportamento dal punto di vista cinematico e dinamico
• le conoscenze necessarie per la comprensione del funzionamento di una macchina (o di un sistema meccanico piano in generale), e dei loro principali componenti, con riferimento ai dispositivi e organi per la trasmissione e la trasformazione del moto anche nelle fasi di avviamento e di arresto
• i procedimenti per valutare le prestazioni una macchina o un sistema meccanico.
• criteri in base a quali selezionare il motore e gli organi di una macchina in relazione al loro tipo di impiego 

L’insegnamento si inserisce all’interno del percorso degli studi perseguendo alcuni degli obiettivi generali di apprendimento dichiarati. In particolare, l’insegnamento contribuisce allo sviluppo delle capacità di: comprendere i principi scientifici ed ingegneristici fondamentali e la loro declinazione nelle principali tecnologie adottate in impresa.

Conoscenza e comprensione

A seguito del superamento dell’esame, lo studente conosce e comprende i fondamenti:

• del processo di sviluppo di nuovi prodotti e della documentazione dei risultati conseguiti;
• delle tecnologie CAD utilizzate nel mondo industriale e dell’Ingegneria per produrre prototipi virtuali di componenti e prodotti;
• del Disegno Tecnico tradizionale per quanto riguarda i metodi di rappresentazione, l’indicazione delle dimensioni, la simbologia per la finitura superficiale, le tolleranze dimensionali, le filettature;
• delle caratteristiche funzionali, delle difformità dimensionali e superficiali dei prodotti reali;
• del funzionamento di semplici assiemi meccanici quali valvole, trasmissioni con ingranaggi, meccanismi

e inoltre:

• conosce le metodologie ed i principi per analizzare la cinematica e la dinamica di un sistema meccanico in moto piano e di una macchina
• comprende e conosce le modalità di funzionamento di una macchina e di un sistema meccanico in moto piano
• conosce la modalità di funzionamento dei principali organi delle macchine
• conosce gli aspetti di base delle vibrazioni di un sistema meccanico ad un grado di libertà
• apprende le modalità di descrizione e rappresentazione anche mediante metodi grafici del comportamento dei sistemi meccanici

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

A seguito del superamento dell’esame, lo studente:

• è in grado di leggere e comprendere il disegno tecnico di un sistema di piccola/media complessità individuando i componenti principali e interpretando correttamente le informazioni relative a dimensioni, finitura superficiale, tolleranze dimensionali, condizioni di montaggio;
• produrre con programmi commerciali i modelli 3D di parti meccaniche, assemblarle, produrre la documentazione tecnica 2D delle parti e dell’assieme con la relativa distinta base;
• produrre un’animazione dei meccanismi di una macchina;
• organizzare le attività di sviluppo di un nuovo prodotto.

e inoltre:

• è in grado di effettuare analisi cinematiche e dinamiche di semplici sistemi meccanici nel piano e di semplici macchine
• è in grado di comprendere e descrivere il funzionamento di una macchina o di un sistema meccanico dal punto di vista cinematico e dinamico
• sa calcolare il movimento e le azioni dinamiche agenti su un sistema meccanico in moto piano generale e in una macchina
• è in grado di rappresentare le prestazioni ed il movimento di una macchina e di un sistema meccanico piano anche mediante rappresentazioni grafiche
• è in grado di analizzare le caratteristiche dei principali componenti di una macchina
• è in grado di affrontare semplici problemi di vibrazioni meccaniche ad un grado di libertà
• sa comunicare efficacemente i risultati dell’analisi prestazionale svolta su un sistema meccanico

Programma dettagliato

Per il modulo di Disegno:

• Concetti generali. Linguaggi per la comunicazione tecnica. Il processo di sviluppo-prodotto e la classificazione degli strumenti per la modellazione e la simulazione di macchine e dispositivi. Evoluzione dei sistemi computer-aided per la rappresentazione e la modellazione geometrica;
• Fondamenti di modellazione solida. Schemi di rappresentazione per solidi. Modelli B-rep e CSG. La modellazione feature-based. Tipi di features;
• Tecniche di rappresentazione 2D. Viste ortografiche. Sezioni. Layout di un disegno 2D. Quotatura;
• Modellazione parametrica. Approcci procedurale e variazionale (cenni). Features parametriche. Rappresentazione delle regole e dei criteri di dimensionamento di una parte. Famiglie di parti;
• Elementi di geometria computazionale. Rappresentazione di curve e superfici. Curve di Hermite, Bézier, B-spline, NURBS. Dalle curve alle superfici: superfici di Hermite, di Bézier, B-spline, NURBS (cenni);
• Modellazione di assiemi. Architettura di un sistema e vincoli tra le parti. Tipi di vincoli. Tolleranze dimensionali. Cenni sui principali tipi di collegamenti meccanici. Rappresentazioni di assieme: disegni 2D, esplosi. Parametrizzazione di modelli d’assieme;
• Simulazione del movimento. Tecniche utilizzabili. Rappresentazione dei vincoli e metodi numerici. Valutazioni di interferenza.

Per il modulo di Fondamenti di Meccanica Applicata:

• Generalità sulle macchine e sulla scelta dei modelli per la schematizzazione di sistemi meccanici.
• Richiami di cinematica e dinamica di sistemi riconducibili al "punto materiale": cinematica e dinamica; moti relativi; esempi applicativi.
• Modelli riconducibili al "corpo rigido in moto piano": caratterizzazione dei tipi di moto e delle azioni d'inerzia; analisi cinematica e dinamica; esempi applicativi.
• Analisi meccanica di sistemi schematizzabili da "catene di corpi rigidi": cinematica e dinamica, determinazione di velocità, accelerazioni e azioni d'inerzia; equazioni di equilibrio dinamico; impostazione di bilanci energetici; esempi applicativi.
• Dinamica delle macchine:  classificazione delle macchine; fattori della potenza; esempi applicativi.
• Azioni mutue scambiate tra elementi delle macchine: attrito, usura, rendimento; rendimento di alcune macchine elementari, cenni sulla lubrificazione; esempi applicativi.
• Macchine in regime "assoluto" costituite da motori trasmissioni e utilizzatori: criteri di scelta dei e parametri caratteristici dei componenti della macchina; costruzione della curva caratteristica di motori; curva caratteristica di alcuni utilizzatori; esempi applicativi.
• Adattamento delle velocità mediante trasmissioni: generalità; energia dissipata e rendimento; esempi di organi di macchine quali rotismi piani ed epicicloidali, cambi, trasmissioni a cinghia, variatori di velocità, innesti a frizione e freni. Comportamento delle macchine  sia a regime che durante i transitori di avviamento o frenata.
• Generalità sulle vibrazioni meccaniche: cenni sui sistemi vibranti ad un grado di libertà liberi e forzati; 
• Le esercitazioni consistono in esercizi applicativi riguardanti la maggior parte dei temi trattati durante le lezioni

Sono necessarie conoscenze di base dell'analisi matematica e della geometria, nonchè le conoscenze della meccanica del punto e del corpo rigido impartite nel corso di fisica sperimentale. E' anche richiesta la capacità di utilizzre strumenti IT

Le modalità di valutazione sono dipendenti dalle caratteristiche di un corso integrato che prevede un'unica valutazione; pertanto, ciascun modulo prevede una valutazione finale ed entrambe concorrono a formare la valutazione complessiva (unica) che viene registrata nella carriera dello studente. La valutazione avviene generalmente in sede d'esame finale; sono previste prove distinte per i due moduli, anche se l'appello è unico e comune. 

L'esame del modulo di Disegno prevede una prova pratica di modellazione al calcolatore di un semplice assieme meccanico, la produzione della tavola tecnica dello stesso e un test scritto sugli argomenti teorici. Il test è finalizzato ad appurare il livello di conoscenza e comprensione acquisite dallo studente mentre la prova di modellazione a calcolatore la capacità di applicare conoscenza e comprensione.

Il corso è articolato su una serie di esercitazioni applicative, connesse agli argomenti delle lezioni, volte a consolidare le conoscenze ed i metodi appresi a lezione, in base anche ad esempi introduttivi per lo svolgimento della prova d'esame. Per quanto riguarda la Meccanica Applicata, scopo della prova d'esame è di verificare le capacità di applicare conoscenze dei metodi di analisi cinematica e dinamica di un sistema meccanico o una macchina e di verificare la capacità di esporre efficacemente le nozioni fondamentali degli argomenti trattati a lezione. L'esame riguarderà esclusivamente nozioni esposte a lezione e riportate sui testi consigliati o forniti direttamente agli studenti mediante la piattaforma Beep.
L'esame prevede quindi, oltre allo svolgimento di esercizi numerici, anche il superamento di domande riguardanti la teoria degli argomenti svolti a lezione ed è costituito in generale da una prova scritta. Nel presente anno accademico non sono previste prove in itinere. Solo nelle sessioni d'esame con pochi iscritti sarà possibile scegliere di discutere gli argomenti di teoria oralmente, dopo aver svolto gli esercizi numerici. L'esame comprenderà: esercizi sulla cinematica dei sistemi meccanici che andranno svolti applicando i metodi grafici o analitici mostrati durante le lezioni e le esercitazioni; esercizi riguardanti il funzionamento di macchine da svolgere mediante bilanci energetici e ed altri equilibri dinamici; esercizi focalizzati sugli organi di macchina trattati come esempi durante il corso e su semplici sistemi vibrati a un grado i libertà; domande aperte riguardanti aspetti teorici della materia trattati a lezione.

Disponibile nel formato Kindle