84229 - MECHANICS OF MACHINES FOR AUTOMATION M

Conoscenze e abilità da conseguire

The course aims to present complementary aspects of construction of automatic machines that are particular pertinent for automation engineering. Elements of machine design and strength of materials are presented with emphasis to fatigue analysis and structural analysis. At the end of the course students have an insight on the principles of construction of machines that are particularly suited for automation engineering. Also this course aims to strengthen the multidisciplinary knowledge and skills that are required for the development of mechatronic systems (which result from the strong integration of mechanical components with electronics and control algorithms). Advanced methods for the multi-physic modelling, simulation, optimization and control of mechatronic systems (operating in both static and dynamic regimes) will complement the basic methodologies developed at bachelor level. Application of these methods will be shown for the analysis of practical electro-mechanical sensors and actuators, as well as for the synthesis of complex mechatronic systems employing a combination thereof. At the end of the course students master methods and tools for modeling and design of integrated mechatronic systems.

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

Appunti delle lezioni, compendio di esercizi

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Rocco Vertechy