29741 - DISEGNO DI MACCHINE T

Anno Accademico 2021/2022

  • Docente: Daniela Francia
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: ING-IND/15
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Moduli: Daniela Francia (Modulo 1) Francesco Cesari (Modulo 2)
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea in Ingegneria meccanica (cod. 0927)

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente padroneggia gli strumenti conoscitivi per la rappresentazione degli organi delle macchine, per l'integrazione dei moderni metodi di modellazione, progettazione e ottimizzazione industriale e per la simulazione di sistemi meccanici e di processo.

Contenuti

Discorso introduttivo

Grazie alla collocazione al secondo ciclo del III anno di corso, il Corso di Disegno di Macchine permette allo Studente di integrare le conoscenze acquisite nei corsi di Disegno Meccanico, di Costruzione di Macchine, di Meccanica Applicata, di Tecnologia ecc. e di perfezionarle mediante un'analisi dettagliata di complessivi e componenti reali tratti dal mondo industriale. Lo Studente viene istruito a mettere a frutto tutte le conoscenze acquisite in questo corso e precedentemente, in modo interdisciplinare, per impiegare e padroneggiare appieno, sia le tecniche tradizionali di disegno e progettazione (con particolare attenzione all'esecuzione del corretto schizzo a mano libera), sia le tecniche modellazione 3D e di rappresentazione 2D più moderne.

Il Corso si compone di due moduli: il primo costituisce un vero e proprio esame di Disegno II, nel senso che riprende, approfondendola, la parte del programma di Disegno Meccanico dalle tolleranze in poi, consentendo, però, allo Studente di acquisire abilità e competenze pratiche, quali la capacità di eseguire lo smontaggio (sia reale, come virtuale) di assiemi reali (rubinetti, rotelle, morse, riduttori, pompe, frizioni, ecc.), seguito dal rilievo dal vero e dall'esecuzione degli schizzi (rigorosamente a mano libera). Lo Studente viene coinvolto in attività di riprogettazione inversa dei componenti, di modellazione 3D e di realizzazione dei corrispondenti disegni 2D, mediante modellatore solido (CREO), che viene utilizzato come strumento per la progettazione e il disegno.

Il secondo modulo si concentra invece su richiami di scienza delle costruzioni e sul calcolo matriciale delle strutture. Il corso vuole fornire al futuro ingegnere meccanico alcuni strumenti avanzati per il progetto e la verifica degli organi delle
macchine, con particolare riguardo ai metodi che richiedono l’uso del calcolatore.
Il corso si propone quindi di illustrare gli strumenti teorici necessari, con particolare riferimento al calcolo matriciale delle
strutture.
A tale scopo lo Studente deve essere a conoscenza dei metodi dell'analisi matematica e delle nozioni fondamentali relative
all'analisi delle tensioni e delle deformazioni.

- Il corso si differenzia dai corsi previsti nella laurea magistrale, in cui vengono spiegati in dettaglio i fondamenti teorici dei metodi di simulazione e di modellazione (CAE, CAD 2D e 3D) e nell'ambito dei quali i modellatori solidi vengono esaminati anche dal punto di vista del funzionamento specifico e non solo utilizzati come strumenti per la progettazione e il disegno.

Il corso si compone delle quattro fasi sotto descritte, che temporalmente vengono, in realtà, svolte in parallelo :

a) fase teorica di lezione;

b) fase di lavoro collegiale in aula di disegno (rilievo di componenti e assiemi reali)

c) fase pratica di modellazione 3D, assemblaggio virtuale dei componenti e disegni costruttivi in 2D (a mano libera e/o mediante CAD);

d) fase pratica di esercitazione (a mano e mediante software dedicato) sul calcolo di strutture.

Nel seguito, vengono descritte le attività che vengono svolte nelle varie fasi.

a) Lezioni teoriche - Modulo 1

Approfondimenti teorici generali

Integrazione di alcuni argomenti di geometria descrittiva non trattati durante il corso di base di Disegno Meccanico (approfondimenti delle proiezioni assonometriche, integrazioni relative alla determinazione della vera forma di superfici piane comunque orientate rispetto ai piani di proiezione principale, sviluppi).

Scelta delle dimensioni unificate all'interno del sistema decimale (serie aritmetiche, geometriche e numeri di Renard); analisi attenta dei vari strumenti di misura e loro utilizzo (calibri, micrometri, comparatori, sagome per la misurazione di piccoli fori, contafiletti, spessimetri, ecc.); criteri per la corretta esecuzione di un rilievo e di uno schizzo a mano libera quotato.

Tolleranze dimensionali

Scelta corretta di forma, dimensione, tolleranze dimensionali, rugosità in componenti reali eseguiti per fusione, stampaggio, laminazione, tranciatura, punzonatura, trafilatura, imbutitura; influenza della scelta dei sistemi albero-base e foro-base nel disegno degli assiemi reali; scelta delle tolleranze dimensionali in un collegamento albero-mozzo per forzamento; analisi funzionale di un complessivo reale (riduttore, albero porta-fresa, ecc.) con conseguente individuazione di tutte le condizioni funzionali, delle tolleranze e delle rugosità nei vari componenti.

Tolleranze geometriche

Definizione di elemento ed elemento derivato (feature of size); limitazione degli errori macrogeometrici; tolleranze di Forma, Orientamento, Posizione, Oscillazione; criteri di applicazione dei principali modificatori (principio di inviluppo o regola di Taylor, principio del massimo materiale, del minimo materiale e di reciprocità);

b) Lezioni teoriche - Modulo 2

Richiami di Scienza delle costruzioni

 - La teoria di Eulero-Bernouilli
- Soluzione analitica di travi diritte sollecitate nel piano a sforzo normale, torsione, taglio e momento flettente: caso isostatico
e iperstatico
- Il teorema di Castigliano
- Recipienti di grosso spessore


Calcolo matriciale delle strutture: il metodo diretto

- La matrice di rigidezza della trave diritta sollecitata a sforzo normale, torsione, taglio e momento flettente
- La matrice di massa per l'analisi delle vibrazioni di un albero di trasmissione
- L'equazione di equilibrio dell'elemento beam finito in statica e dinamica
- Il caso della trave tridimensionale
- Il caso della trave curva

c) Fase di lavoro in laboratorio - Modulo 1

Gli Studenti, suddivisi in gruppi omogenei, eseguono rilievi di componenti o complessivi esistenti, messi a disposizione dal Docente; eseguono verifiche, ottimizzano e riprogettano, ideando, se necessario forme nuove e sviluppando soluzioni funzionali alternative, adatte alle applicazioni di tipo industriale, concordando l'attività con il Docente (la frequenza a tale fase del corso risulta fondamentale). Ogni gruppo dovrà dotarsi di un calibro centesimale e, in qualche occasione, portare l'occorrente (specificato di volta in volta dal docente) per eseguire semplici smontaggi di complessivi meccanici. Gli studenti saranno tenuti a compilare, curare e conservare, individualmente, un quaderno con tutti gli appunti relativi a progetti e verifiche corrispondenti a questa attività di esercitazione. Il quaderno costituirà oggetto di valutazione nella prova finale di esame.

Sono previste anche attività individuali in laboratorio in cui ogni Studente modella i componenti e gli assiemi rilevati e/o modificati, utilizzando il modellatore 3D (CREO).

Ogni Studente esegue i disegni costruttivi 2D di ogni componente del complessivo.

Lo Studente apprende, sotto la guida del Docente esercitatore tutte le funzioni più avanzate del modellatore solido tridimensionale installato nelle macchine del laboratorio CAD (CREO). Informazioni per l'installazione di licenze universitarie autorizzate sul proprio portatile vengono fornite dal Docente e sono forniti gli strumenti per configurare il software tramite la piattaforma di didattica on-line, nella parte dedicata al corso di Disegni di Macchine T(https://virtuale.unibo.it/).

d) Fase di lavoro in laboratorio - Modulo 2

Durante le ore previste per il laboratorio, verranno svolte esercitazioni atte alla soluzione numerica di telai con pochi gradi di libertà: parallelamente alla soluzione manuale degli esercizi proposti, verranno svolti esercizi che prevedono l'utilizzo di un programma di calcolo automatico, fornito dal docente.

N.B. Vista l'attuale situazione d'emergenza dovuta alla pandemia che colpisce il nostro Paese e viste le incertezze che questo fa riversare sulla modalità di insegnamento, la parte del corso legata alla fase di lavoro collegiale in aula di disegno potrà essere rivista dovendo tenere conto di eventuali impossibilità di svolgere il lavoro in aula e soprattutto in gruppo. Tale attività potrà essere sostituita da un lavoro individuale su componenti messi a disposizioni dal docente, qualora sia possibile incontrarsi in presenza, o reperiti dallo studente in autonomia, sotto la guida del docente, qualora invece sia esclusa la partecipazione in presenza. Nell'ulteriore impossibilità di reperire componenti di assieme dal vero, si potrà svolgere l'attività virtualmente, mediante lo strumento CAD.

Testi/Bibliografia

Per seguire e poter sostenere con profitto l'esame di questo corso, risulta indispensabile avere seguito e superato il corso di base di Disegno Meccanico e Automatico T C.I e lo studente deve essere a conoscenza dei metodi dell'analisi matematica e delle nozioni fondamentali relative all'analisi delle tensioni e delle deformazioni.

I testi proposti nei citati corsi di base costituiscono fondamento propedeutico indispensabile al corso di Disegno di Macchine T.

Riferimenti diretti alle lezioni di teoria

Il materiale didattico, fornito dai docenti e facente riferimento diretto alla lezioni svolte, è reperibile sulla piattaforma di didattica on-line, nella parte dedicata al corso di Disegno di Macchine T(https://virtuale.unibo.it/).

Tutorial on line sull'utilizzo del modellatore solido parametrico CREO sono a disposizione nel sito

http://learningexchange.ptc.com/tutorials/by_sub_product/ptc-creo-parametric

Testi di riferimento - Modulo 1

- CONTI, "Disegno Tecnologico", esclusivamente Vol. 1 e 2, Ed. Pitagora, Bologna.

- FILIPPI, "Disegno di Macchine", Vol. 1, 2, Ed. Hoepli, Milano.

- MANFE', POZZA, SCARATO, "Disegno Meccanico", Vol. 1, 2, 3, Ed. Principato, Milano.

- BALDASSINI, “Manuale per Disegnatori Tecnici” o equivalenti.

Testi di riferimento - Modulo 2

 - J.S. Przemieniecki, Theory of matrix structural analysis, MacGraw-Hill, 1968

 - F. Cesari, Il calcolo matriciale delle strutture, Vol.2, Pitagora, 2019


Testi di supporto e approfondimento (in ordine alfabetico all'interno delle suddivisioni per aree tematiche)

L'elenco dei libri consigliati per supporto o approfondimento è cospicuo allo scopo di fornire ampia documentazione agli studenti ed è, per comodità dello Studente suddiviso per classi di argomenti. Questo non implica che questi testi debbano essere necessariamente acquistati. Gran parte di essi sono consultabili in biblioteca e la suddivisione in gruppi degli Studenti sopra descritta può agevolare l'acquisto alternativo dei vari volumi, con eventuale scambio degli stessi tra i vari componenti del gruppo stesso.

Disegno

- BERTOLINE, WIEBE, “Fondamenti di Comunicazione Grafica”, McGraw-Hill.

- CALIGARIS, FAVA, TOMASELLO, “Dal Progetto al Prodotto”, Paravia, Torino.

- CHIRONE, TORNINCASA, "Disegno Tecnico Industriale", Vol. 1, 2, Ed. Capitello, Torino.

- STRANEO, CONSORTI, "Disegno di Costruzioni Meccaniche, Vol. 1, 2, Ed. Principato, Milano.

- CARFAGNI, FURFERI, GOVERNI, VOLPE, "Esercizi di disegno meccanico", Ed. Zanichelli, Bologna.

- UNI Ml, "Norme per il Disegno tecnico", Vol. 1 , 2, Pubblicato a cura dell'Ente Nazionale Italiano di Unificazione, Milano.

Progettazione e materiali

- BELLUZZI, “Scienza delle Costruzioni”, Vol. I, II e III, Zanichelli, Bologna.

- CALIGIANA, CESARI, “I materiali compositi”, Pitagora Editrice, Bologna.

- DEUTSCHMAN, MICHELS, WILSON, "Machine Design - Theory and Practice", Macmillan Publischers, London.

- JUVINALL, MARSHEK, “Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine”, Edizioni ETS, Pisa.

- SHIGLEY, MISCHKE, “Mechanical Engineering Design”, McGraw-Hill International Editions, Singapore.

- SPOTTS, “Design of Machine Elements”, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey.

 

 

Metodi didattici

Il Corso, come descritto più dettagliatamente nel paragrafo Programma/Contenuti, si compone di:

Modulo 1

- lezioni teoriche in aula;

- lavoro di disassemblaggio di complessivi (forniti dal Docente) e rilievo dal vero di componenti meccanici in aula da disegno. Tale attività viene svolta come lavoro di gruppo.

- attività di modellazione CAD 3D e corrispondente stesura delle tavole 2D. Tali attività vengono svolte individualmente in aula informatica.

Data l'impostazione estremamente pratica del corso di Disegno Meccanico T, per poter sostenere con profitto l'esame di questo corso, risulta indispensabile avere seguito le lezioni e le esercitazioni.

La mancata frequenza alle esercitazioni CAD (secondo modulo) implica per lo Studente il sostenimento e il superamento di una prova individuale aggiuntiva al CAD.

Il numero minimo di ore di frequenza per ritenere valida la partecipazione alle esercitazioni, dipende, ovviamente, dal calendario delle lezioni dell'a.a. di frequenza e viene comunicato, di anno in anno, dal Docente a inizio lezioni.

Modulo 2

Le lezioni sono svolte a distanza, illustrando la teoria mediante un testo il cui pdf viene fornito agli studenti anticipatamente.

Gli esercizi che vengono svolti in modo manuale sono relativi a semplici telai con pochi gradi di libertà; prima si esegue
l'impostazione in modo letterale, poi si forniscono i dati geometrici e materiali per ottenere la soluzione numerica.

Le operazioni matematiche più importanti sono:
- soluzione di sistemi di equazioni lineari
- soluzione di equazioni differenziali ordinarie
- soluzione di problemi agli autovalori
- grafici

In alternativa alla soluzione manuale verranno svolti esercizi con telai a molti gradi di libertà si mediante l''utilizzo di un
programma di calcolo automatico fornito dal docente.


Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

PROPEDEUTICITA' CONSIGLIATE

Per poter seguire e sostenere con profitto l'esame di questo corso, risulta indispensabile avere acquisito le conoscenze caratteristiche del corso di base di Disegno Meccanico e Automatico T C.I. ed i metodi dell'analisi matematica e delle nozioni fondamentali relative all'analisi delle tensioni e delle deformazioni.

Questo punto va attentamente preso in considerazione da parte degli Studenti provenienti da sedi estere a seguito degli scambi Erasmus.

VERIFICA APPRENDIMENTO

Prova individuale orale, preceduta da una prova scritta preliminare, il cui esito condiziona l'ammissibilità all'orale.

La prova scritta consiste nella riprogettazione di un complessivo assegnato dal Docente nel quale esistono alcune parti incomplete da interpretare e integrare con componenti standard e non. Durante la prova è consentita la consultazione di testi, appunti, tabelle e manuali. La prova ha una durata di quattro ore.

Il numero di disegni da eseguire dipende ovviamente dal tipo di complessivo assegnato. I disegni possono essere eseguiti a mano o con strumenti, come il Candidato preferisce; lo Studente deve portare con sé un paio di tavole formato A4 e A3, che possano agevolarlo nella esecuzione dei disegni. I fogli per l'esecuzione della prova scritta possono essere eventualmente preparati mediante il CAD impiegato durante le esercitazioni, inserendo un riquadro delle iscrizioni idoneo prestampato, in analogia a quanto fatto nelle esercitazioni CAD durante l'anno.

il Docente fornisce, invece, i fogli protocollo per lo svolgimento della riprogettazione e per la registrazione delle annotazioni che lo Studente ritiene necessarie durante la fase di riprogettazione e scelta dei componenti unificati e non. Maggiori e più chiari dettagli vengono trasmessi al Docente, più completa e corretta sarà la valutazione del ragionamento svolto dallo Studente e della prova complessivamente.

L'ammissione alla prova orale è condizionata dal superamento della prova scritta; il Candidato deve raggiungere una votazione minima di 18/30, quale media delle votazioni in trentesimi riportate nei vari quesiti contenuti nella prova scritta. Il numero esatto dei quesiti della prova scritta di riprogettazione dipende, ovviamente, dalla difficoltà della stessa.

I risultati della prova scritta vengono forniti in tempo utile per la prova orale immediatamente successiva, che è, in genere, dopo circa una settimana dalla corrispondente prova scritta. Il calendario, sia delle prove scritte, come di quelle orali è reso disponibile, con congruo anticipo, nel sito di Almaesami [https://almaesami.unibo.it/almaesami/welcome.htm], dove lo Studente è tenuto obbligatoriamente a iscriversi, sia alla prova scritta, come a quella orale, altrimenti non verrà accettato alla corrispondente prova. In ogni caso, il risultato della prova scritta, una volta superata, viene mantenuto valido fino alla sessione invernale dell'anno solare immediatamente successivo a quello in cui è stata sostenuta la prova scritta, cioè fino all'inizio del ciclo successivo di lezione.

Durante la prova orale:

  • Lo Studente effettuerà all’impronta il rilievo di un componente (reale) assegnato dal Docente ed eseguirà il corrispondente disegno tecnico in accordo con le norme vigenti; l'esecuzione di questa prima parte viene fatta a mano libera o con strumenti tradizionali, a scelta del Candidato.
  • Il Docente farà alcune domande riguardanti gli argomenti indicati nel programma (il numero esatto delle domande dipende da come lo Studente ha svolto la prova scritta e gli elaborati assegnati nelle esercitazioni frequentate durante l'anno, che deve portare all'orale, nonché il rilievo all'impronta svolto nella prima parte della prova orale);

Il Candidato deve obbligatoriamente portare con sé gli elaborati grafici svolti nelle esercitazioni durante l'anno (quelli eseguiti al CAD devono essere stampati a tale scopo). Entrano a far parte del voto complessivo dell'esame, oltre alla valutazione delle risposte ai quesiti e del rilievo all'impronta svolti dal Candidato durante la prova orale, anche la valutazione conseguita nella prova scritta, la valutazione degli elaborati svolti durante l'anno nelle esercitazioni ed eventualmente a domicilio e del quadernino di appunti e rilievi eseguiti durante l'anno, conservato e portato alla prova orale dal Candidato. Lo Studente deve portare all'esame anche una pennetta USB con contenuti tutti i file sorgente degli elaborati svolti al CAD durante l'anno, che il Docente copierà in un archivio informatico contenente la documentazione di tutti gli Studenti dell'anno accademico considerato.

La verifica delle conoscenze apprese durante lo svolgimento del Modulo 2 avverrà da parte del docente che, con scadenza settimanale, sottoporrà agli studenti una struttura da calcolare coi metodi svolti durate le lezioni teoriche. Gli esercizi impostati in aula e parzialmente svolti con un programma di calcolo debbono essere poi completati e raccolti in un quaderno da presentare all'esame orale che si svolgerà con le modalità sopra riportate.

NOTE IMPORTANTI

Lo Studente deve mettersi in lista per l'esame nel sito di Almaesami [https://almaesami.unibo.it/almaesami/welcome.htm] .

I risultati della prova scritta saranno reperibili sulla piattaforma di didattica on-line, nella parte dedicata al corso di Disegni di Macchine T(https://virtuale.unibo.it/). 

Riassumendo, lo Studente deve portare, all'esame scritto, gli strumenti necessari per il disegno; può portare e consulare i testi, gli appunti, gli elaborati, ecc., ritenuti utili e deve portare le tavole, intonse, di formato A3 e A4 (per lo svolgimento della prova scritta). Naturalmente non sarà consentita alcuna connessione a reti internet o telefonica.

Durante la prova orale, lo Studente deve portare gli strumenti necessari per il disegno, gli elaborati svolti durante l'anno (sia quelli fatti a mano libera o con strumenti, che quelli fatti al CAD, stampati nel formato cartaceo idoneo), oltre al quaderno con tutti gli appunti relativi a progetti e verifiche relative all'attività di esercitazione svolta durante l'anno. Deve inoltre portare una pennetta USB con tutti i file sorgente dei disegni svolti al CAD durante l'anno al fine dell'archiviazione da parte del Docente.


Strumenti a supporto della didattica

Lucidi, tavole e informazioni aggiuntive possono essere reperite sulla piattaforma di didattica on-line, nella parte dedicata al corso di Disegni di Macchine T(https://virtuale.unibo.it/).

Supporti informatici

SOFTWARE CAD CONSIGLIATO:

- CREO

CALCOLO DI STRUTTURE:

E' cura del docente, per potere svolgere in modo efficiente gli esercizi, descrivere:
- l'uso di un programma di calcolo per eseguire le operazioni elementari suddette
- l'uso di un programma di calcolo per la soluzione automatica dei telai

Ulteriori supporti

- Tutorial on line a disposizione di chiunque si registri sul sito:

http://learningexchange.ptc.com/tutorials/by_sub_product/ptc-creo-parametric

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Daniela Francia

Consulta il sito web di Francesco Cesari

SDGs

Istruzione di qualità Imprese innovazione e infrastrutture

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.