ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| ELEMENTI COSTRUTTIVI DELLE MACCHINE | ING-IND/14 | LEZIONI | 90 |
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- ampliare le conoscenze sul comportamento meccanico dei materiali, in particolare riguardo i processi di cedimento plastico frattura e fatica;
- illustrare la componentistica meccanica e gli approcci di scelta e dimensionamento;
- fornire le basi del processo di progettazione concettuale, concreta e di dettaglio;
- elaborare schemi e modelli meccanici;
- usare, a livello elementare, metodi sia analitici, sia assistiti dall’elaboratore;
- applicare correttamente la principale normativa tecnica per le verifiche strutturali;
- risolvere semplici problemi di progetto meccanico.
- achieve the basic mechanical behaviour of materials (plasticity, fatigue, fracture mechanics, etc.);
- show the main machine components, their design and structural strength verifications;
- have a basic knowledge about the sizing and the design structural process;
- develop simple mechanical models;
- use both simple analytical and computer aided structural calculation methods;
- apply the main technical standards for structural verifications;
- solve simple design tasks.
Analisi critica di un complessivo meccanico:
- schemi di equilibrio,
- verifiche di resistenza/rigidezza,
- disegno tecnico di soluzioni costruttive
Critical analysis of a mechanical assembly:
- free-body diagrams,
- strength and/or stiffness verifications,
- mechanical drawing of different applications.
- schematizzare le azioni che si scambiano le varie parti meccaniche,
- proporre modelli di calcolo strutturale semplifici ed efficaci,
- conoscere il disegno meccanico delle principali applicazioni.
- schematically define the interactions between the mechanical parts,
- propose simple and effective structural calculation models,
- knowledge of the mechanical technical drawing for the main applications.
Complessivo da analizzare durante la prova scritta con dati di ingresso ridotti allo stretto necessario e richieste analisi di equilibrio, verifiche e disegno tecnico.
Mechanical assembly to be analyzed with limited but effective input data, with requirements of free-body diagrams, structural verifications and technical drawing.
Sensibilità ed esperienza nel distinguere le varie soluzioni costruttive meccaniche.
Experienced skill to distinguish different mechanical elements and applications.
Prova scritta da effettuarsi in modo autonomo, pur avendo a dispozione il materiale didattico, ma senza eccessive indicazioni guida, come se il lavoro si svolgesse nell'ambito di uno studio tecnico.
Written test to be worked out independently, though with the teaching material, however without direct indications, aiming to simulate a research and technical development environment.
Propedeuticità
- Tecnica delle costruzioni meccaniche
- Meccanica applicata alle macchine
- Tecnologia meccanica
Prerequisites
- Strength of Materials;
- Applied Mechanics in Machine Design;
- Manufacturing Processes.
Descrizione dei modelli teorici e tecnici e successiva implementazione mediante esercizi. Svolgimento di prove scritte svolte durante le lezioni finali del corso.
Description of the theoretical and technical methods and then implementation with exercises. Presentation of written exam solutions during the final classes of the course.
Stato di tensione di casi significativi nelle strutture meccaniche:
- Richiami dello stato di tensione nella sezione di travi e recipienti in pressione.
- Concentrazione delle tensioni, definizione di K_t, stato di tensione nell’intorno di un intaglio.
- Meccanica del contatto, modelli di Hertz (contatto sferico, contatto cilindrico).
- Esercitazione su stato di tensione, mediante software agli elementi finiti (ANSYS Workbench).
Comportamento meccanico dei materiali:
- Prove di trazione, durezza e resilienza e proprietà dei principali metalli strutturali.
- Criteri di snervamento e di frattura.
- Modelli reologici elementari e regola di Neuber.
- Meccanica della Frattura Lineare Elastica.
- Danneggiamento a fatica, fattori correttivi, effetto della tensione media, concentrazione delle tensioni, propagazione della fessura, accumulo lineare e conteggio rainflow.
- Introduzione ai danneggiamenti superficiali, fatica superficiale.
Elementi delle macchine, descrizione, schemi di equilibrio e verifiche di resistenza:
- Elementi di trasmissione flessibili, meccanica delle cinghie e delle catene.
- Ruote dentate cilindriche a denti dritti ed elicoidali, ruote dentate coniche e vite senza fine - ruota a denti elicoidali.
- Elementi di collegamento albero-mozzo.
- Introduzione ai supporti lubrificati.
- Cuscinetti volventi radiali, reggispinta ed obliqui, a sfere e a rulli.
- Verifiche a resistenza e a rigidezza di alberi ed assi.
- Viti di manovra, collegamenti bullonati e collegamenti saldati.
- Rigidezza e resistenza di molle.
- Esercitazioni svolte, simili a testi d'esame: schemi di equilibrio di assieme e sottoassieme di complessivi, verifiche di alcuni componenti secondo le procedure di calcolo descritte.
Stress state of main mechanical structures:
- Beam theory and pressure vessel stresses;
- Stress concentrations, definition of the stress concentration factor K_t, local stress state of notched geometries;
- Contact mechanics, Hertz models (spherical contacts, cylindrical contacts);
- Stress distributions simulated with a Finite Element software (ANSYS Workbench).
Mechanical behavior of materials:
- Tensile, hardness and impact tests description and material properties of the most used structural metals;
- Yield and fracture material criteria;
- Basic rheological models and Neuber's rule;
- Linear elastic fracture mechanics;
- Fatigue failure, service factors, mean stress effect, notch sensitivity, crack propagation, linear damage rule, rainflow counting;
- Surface damage mechanisms, rolling contact fatigue.
Machine components, description, drawing, load schemes and strength assessments:
- Flexible mechanical elements: belts and chains;
- Gears: cylindrical spur and helical gears, bevel and worm gears;
- Shaft components, keys and splines;
- Lubrication bearings introduction;
- Rolling-contact bearings: radial, thrust and angular contact, ball and cylindrical rollers;
- Shaft strength and stiffness verifications;
- Power screws, threaded fasteners, non-permanent threaded joints and permanent welded joints;
- Mechanical springs and spring devices, stiffness and strength assessment;
- Exam test tutorials: load schemes of single parts, assembly and sub-assembly; strength calculation verifications of machine components.
- R.C. Juvinall, K.M. Marshek. Fundamentals of Machine Component Design, Global Edition. Wiley. 2017.
(oppure edizioni precedenti o versioni 'student')
- A. De Paulis, P. Forte, F. Frendo, E. Manfredi. Costruzione di macchine: criteri di base e applicazioni principali. Seconda edizione. Pearson. 2019.
- Manuale per la scelta dei cuscinetti volventi e il calcolo delle principali grandezze, disponibile dal sito SKF.
- Testi d'esame ed altro materiale disponibile sulla homepage del docente.
- R.C. Juvinall, K.M. Marshek. Fundamentals of Machine Component Design, Global Edition. Wiley. 2017.
(any other older version, or any 'student' version)
- A. De Paulis, P. Forte, F. Frendo, E. Manfredi. Costruzione di macchine: criteri di base e applicazioni principali. Seconda edizione. Pearson. 2019. (in Italian)
- Rolling-contact bearing manual for selection and calculation, available from the SKF website.
- Examination test samples and other tutorials available online at professor homepage.
Si consiglia fortemente di seguire le lezioni. Se proprio non è possibile, sono disponibili degli appunti redatti dal docente, oltre ai libri di testi indicati.
Attending the classes is strongly recommended. In case of impossibility, notes by the teacher are available, along with the proposed textbooks.
Prova scritta di 3 ore e successiva prova orale.
Written test (3 hours) and then oral exam.
Il corso non comporta nessun torocinio. Tuttavia, nell'ambito del corso, sono solitamente svolti dei seminari con aziende specifiche.
The course does not require any stage. However, during the course, seminars by specific companies are usually held.
https://www.skf.com/group/products/rolling-bearings
https://www.skf.com/group/products/rolling-bearings
