84229 - MECHANICS OF MACHINES FOR AUTOMATION M

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di rafforzare le conoscenze sulla modellazione di meccanismi per macchine automatiche. Gli argomenti trattati includono: la cinematica e la dinamica di sistemi multi-corpo dotati di moto spaziale e con molteplici gradi di libertà; dinamica dei sistemi motore-trasmissione-carico; vibrazioni meccaniche dei sistemi molla-massa-smorzatore a molteplice grado di libertà. Al termine del corso lo studente possiede nozioni e metodologie avanzate per l'analisi e la progettazione di macchine automatiche.

Contenuti

Cinematica del corpo rigido in 3D: moto finito

• trasformazioni delle coordinate,
• matrici di rotazione,
• trasformazioni omogenee.

Cinematica del corpo rigido in 3D: moto infinitesimo

• velocità angolare e accelerazione angolare,
• derivate di vettori in diversi sistemi di riferimento,
• cinematica istantanea di sistemi di corpi rigidi.

Applicazioni di cinematica:

• quadrilatero articolato (4R) nel piano,
• pentalatero articolato (5R) nel piano,
• meccanismo sferico (3R) e giroscopio.

Dinamica del corpo rigido in 3D: forze e momenti

• forze di gravità, forze elastiche,
• forze di attrito e di contatto,
• forze impulsive,
• forza e momento risultanti.

Dinamica del corpo rigido in 3D: forze e momenti di inerzia

• quantità di moto,
• momento della quantità di moto,
• matrice di inerzia,
• forze e momenti di inerzia.

Dinamica del corpo rigido in 3D: leggi del moto

• equilibrio dinamico di un corpo rigido,
• equilibrio dinamico di un sistema multi-corpo.

Dinamica del corpo rigido in 3D: energia cinetica

• energia cinetica di un corpo rigido e di un sistema multi-corpo,
• energia cinetica e lavoro delle forze di inerzia.

Dinamica del corpo rigido in 3D: principio dei lavori virtuali

• lavoro delle forze esterne,
• forze conservative e non conservative,
• principio dei lavori virtuali.

Dinamica del corpo rigido in 3D: equazioni di Lagrange

• equazioni di Lagrange per sistemi olonomi,
• equazioni di Lagrange per sistemi vincolati.

Applicazioni di dinamica:

• modello a parametri concentrati di una trasmissione meccanica 1-DOF,
• quadrilatero articolato (4R) nel piano,
• pentalatero articolato (5R) nel piano,
• meccanismo sferico (3R) e giroscopio.

Accoppiamento motore-carico:

• curve caratteristiche di motore e carico,
• criteri per la scelta / verifica della taglia dell'attuatore,
• effetto del rapporto di trasmissione e dei volani,
• scelta dell'attuatore e del rapporto di trasmissione per carichi statici,
• scelta dell'attuatore e del rapporto di trasmissione per carichi dinamici,
• scelta dell'attuatore e del volano per macchine a movimento intermittente.

Vibrazioni meccaniche dei sistemi molla-massa-smorzatore 1-DOF:

• richiami sulle vibrazioni libere ed estensione ai sistemi con attrito coulombiano,
• richiami sulle vibrazioni forzate da sollecitazione armonica (con notazione dei numeri complessi) ed estensione ai sistemi soggetti a forze impulsive, a gradino, periodiche e con eccitazione generale (tramite l'integrale di convoluzione),
• metodi di stima per il calcolo del coefficiente di smorzamento del sistema,
• metodi energetici (Rayleigh) per l'analisi approssimata delle vibrazioni.

Applicazioni dei sistemi vibranti 1-DOF:

• isolamento delle vibrazioni,
• vibrazione di un sistema eccitato dalla base,
• modello vibrante di un sistema con guida lineare e trasmissione a vite elicoidale,
• vibrazione di un sistema con eccitazione armonica dovuta a squilibri,
• vibrazioni di alberi rotanti (rotore Jeffcott),
• assorbimento di energia da un sistema oscillante,
• vibrazioni di sistemi con molla avente massa non trascurabile,
• risposta approssimata delle vibrazioni delle travi.

Vibrazioni meccaniche dei sistemi molla-massa-smorzatore n-DOF:

• ortogonalità dei modi di vibrare e disaccoppiamento delle equazioni del moto,
• modi di corpo rigido,
• approcci approssimati per lo studio dei sistemi smorzati,
• metodo Rayleigh-Ritz per l'analisi approssimata dei primi modi di vibrare di un sistema.

Applicazioni dei sistemi vibranti n-DOF:

• dispositivi per la riduzione delle vibrazioni: assorbitore di vibrazioni, smorzatore accordato,
• modello vibrante di un albero con più dischi,
• modello vibrante di una moto,
• modello vibrante di un sistema leva-camma-valvola.

Testi/Bibliografia

- H. Baruh, Applied Dynamics, 2015, CRC Press.

- S. Rao, Mechanical Vibrations, 2010, Prentice Hall.

- G.Legnani, M.Tiboni, R.Adamini, D.Tosi, Meccanica degli Azionamenti, 2016, Esculapio.

Metodi didattici

Il corso si basa su lezioni frontali, durante le quali verranno trattati gli argomenti del programma, e su ore di esercitazione, che presenteranno esempi applicativi relativi ai temi discussi durante le lezioni di teoria.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto

Strumenti a supporto della didattica

Video di macchine automatiche, PC e videoproiettore.

Dispense, presentazioni, temi d'esame e altro materiale didattico sono disponibili su IOL

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Rocco Vertechy

Consulta il sito web di Michele Conconi