Costruzione di macchine

La costruzione di macchine è la disciplina dell'ingegneria che studia i criteri generali e i metodi per la progettazione delle strutture meccaniche e degli organi delle macchine. Si presenta dunque come sintesi e sviluppo nell'ambito dell'ingegneria meccanica di discipline tipiche dell'ingegneria quali la scienza delle costruzioni e la meccanica applicata alle macchine.

Descrizione

In particolare fornisce metodi per:

• valutare il livello di stress meccanico di componenti e organi di macchine una volta posti in esercizio
• dimensionare componenti perché resistano alle sollecitazioni che subiranno in esercizio
• scegliere il tipo di organi meccanici da impiegare:
  • per trasmettere il moto (trasmissioni, ingranaggi, cuscinetti),
  • collegare pezzi (giunzioni bullonate, saldature...),
  • stoccare liquidi o gas in pressione

Programma di studio

Stato di sollecitazione e di deformazione nei continui deformabili: Teorema di Cauchy (meccanica del continuo), tensore degli sforzi, equazioni indefinite di equilibrio, sforzi principali, invarianti, sforzi ottaedrali, deviatore e tensore idrostatico, cerchio di Mohr per le tensioni. Deformazioni, equazioni di congruenza, cerchi di Mohr delle deformazioni. Legame sforzo-deformazioni in campo lineare. Stato di sforzo e di deformazione piani.

Comportamento dei materiali e verifica di resistenza sotto l'effetto di sollecitazioni statiche: prove di trazione (fisica), compressione (meccanica), torsione. Flessione di sezioni a semplice e doppia simmetria con materiali duttili e fragili.

Stati di sollecitazione composti: criteri di resistenza (Criterio di Tresca, Rôs-Eichinger, Criterio di von Mises, Criterio di Rankine). Verifica di resistenza: considerazioni generali sull'applicabilità ed i limiti dei criteri di resistenza, coefficiente di sicurezza, cenni sull'affidabilità.

Effetto di intaglio e collaborazione plastica: Coefficiente di sovrasollecitazione teorico, collaborazione plastica, coefficiente di intaglio sperimentale a rottura (condizione limite di componenti intagliati in materiale fragile e duttile), criteri di progetto in presenza di intagli. Coefficiente di collaborazione plastica a flessione e a torsione, tensioni residue.

Comportamento dei materiali e verifica di resistenza meccanica sotto l'effetto di sollecitazioni cicliche: Diagramma di Wöhler e limite di fatica, metodo Stair-Case, evoluzione del danneggiamento per fatica, influenza della sollecitazione media, influenza degli intagli, effetto dimensionale, influenza della finitura superficiale, influenza della frequenza e forma d'onda del carico, influenza dell'alta e bassa temperatura, corrosione-fatica.

Criteri di verifica e progettazione a fatica (scienza dei materiali): Fondamenti di resistenza a fatica sotto cicli di sollecitazione ad ampiezza costante. Verifica di resistenza in presenza di stati di sollecitazione semplici, a vita infinita o ad alto numero di cicli, fatica oligociclica; verifica di resistenza in presenza di stati di sollecitazione composti: criteri di Gough-Pollard e di Sines, criteri del piano critico.

Fondamenti di resistenza a fatica sotto cicli di sollecitazione ad ampiezza variabile: verifica di resistenza a termine sotto l'effetto di sequenze di cicli ad ampiezza costante, danneggiamento cumulativo, legge di Miner; fatica random, metodo del serbatoio, fattore di spettro.

Fatica per contatto ciclico: Teoria di Hertz, principali tipologie di danneggiamento e criteri di resistenza. Metodi per aumentare la resistenza a fatica degli organi delle macchine: criteri di scelta dei materiali, trattamenti termici, trattamenti meccanici, accorgimenti di disegno.

Progetto e verifica di elementi delle macchine: Collegamenti saldati e filettati, assi ed alberi, manovelle d'estremità, alberi a gomito, recipienti in pressione, giunti a dischi, trasmissioni a cinghie, cuscinetti, ruote dentate, riduttori ad ingranaggi.

Bibliografia

• Davoli, Vergani, Beretta, Guagliano, Baragetti, Costruzione di Macchine 1, McGraw-Hill, 2007
• De Paulis, Manfredi, Costruzione di Macchine, Pearson, 2012
• Belloni, Lo Conte, Costruzione di Macchine, Hoepli, 2002
• Shigley J.E., Mischke C.R., Budynas R.G., Progetto e costruzione di macchine, McGraw-Hill, 2009

Voci correlate

• Meccanica della frattura