La Meccanica applicata studia il comportamento dei dispositivi e sistemi meccanici di interesse industriale o applicativo utilizzando la metodologia ed i risultati della meccanica. L’oggetto dello studio sono: Meccanismi (cinematismi, ingranaggi, camme, trasmissioni a cinghia o catena, …) Macchine (argani, macchine tessili, tagliaerba, macchine agricole, …) Sistemi meccanici (autovetture, robot, macchine utensili,…) 1 Meccanica applicata

Competenze di base: matematica geometria ma soprattutto fisica: cinematica statica dinamica utilizzate per affrontare problemi di: analisi sintesi Nuovi campi di interesse meccatronica biomeccanica micro-meccanica 2 La meccanica applicata alle macchine

TIPI DI MACCHINE Solitamente si distinguono le macchine energetiche da tutte le altre, chiamate operatrici; le macchine energetiche sono destinate alla trasformazione di energia mentre quelle operatrici sono costruite per tutti gli altri scopi (differenti dallo scambio energetico ). 3 Macchine e meccanismi Esempio di macchine operatrici: centro di lavoro a controllo numerico (Mandelli)

4 Macchine e meccanismi Esempio di macchine operatrici: robot industriale antropomorfo (Comau); auto ibrida e macchina tessile per la filatura (Gualchieri e Gualchieri)

Le macchine operatrici sono suddivise per settore industriale: macchine utensili (torni, fresatrici, trapanatrici, rettificatrici, alesatrici, ecc.) e robot industria automobilistica (autoveicoli, motociclette, mezzi pesanti, ecc.) elettrodomestici (lavatrici, lavastoviglie, frullatori, ecc.) macchine tessili macchine per la lavorazione del legno macchine agricole confezionatrici macchine per movimentazione terra macchine per la stampa ecc. 5 Macchine e meccanismi

6 Esempio di macchine elettriche: alternatore (m. generatrice) (a lato) e motore asincrono trifase (sotto)

7 Macchine e meccanismi Esempio di macchine motrici a fluido: motore a combustione interna (sopra) e gruppo turbogas (compressore e turbina) (a lato)

COMPONENTI Ogni macchina è un sistema costituito da più componenti, che spesso sono a loro volta dei veri e propri sotto-sistemi, anche di natura differente (meccanica, elettrica, idraulica, informatica, ecc.). La progettazione funzionale si occupa di integrare componenti e sottosistemi in una unica macchina che soddisfa alle specifiche richieste. 8 Macchine e meccanismi

Talvolta i componenti sono realizzati specificamente per la macchina in progettazione, ma solitamente si utilizzano componenti commerciali, disponibili in forme e dimensioni standardizzate. Essi vengono scelti tramite manuali tecnici, forniti dal costruttore, che tengono conto di: ←capacità di trasmettere le coppie/forze richieste ← resistenza strutturale alle sollecitazioni massime; ←durata assegnata in numero di ore di funzionamento ← resistenza alle sollecitazioni di fatica; ←capacità di trasmettere la potenza richiesta ← adeguata capacità di dissipazione termica. 9 Macchine e meccanismi

10 Macchine e meccanismi esempi di componenti commerciali: cuscinetto volvente (sopra); catena a rulli con ruote (di fianco); ammortizzatore (in alto a sinistra)

ESEMPI DI MECCANISMI Le macchine semplici sono note fino dall’antichità e rappresentano le tecnologie più antiche per applicare una forza maggiore della sola forza muscolare, attraverso il principio del guadagno meccanico: leva ruota con assale puleggia piano inclinato vite cuneo 11 Macchine e meccanismi

Quadrilatero articolato È il più semplice meccanismo in catena chiusa ed è costituito da 4 aste e 4 cerniere. Trova numerosissime applicazioni in tutti i campi (sterzo e sospensioni delle autovetture, sistemi di apertura/chiusura, pinze, pantografi, ecc.). 12 Macchine e meccanismi

Manovellismo ordinario o sistema biella- manovella È spesso utilizzato per convertire un moto di rotazione in un moto alternativo di traslazione o viceversa, come nel caso dei motori a combustione interna; è probabilmente il meccanismo più diffuso al mondo 13 Macchine e meccanismi

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Ingranaggio cilindrico (a denti dritti o elicoidali) È il più semplice meccanismo che consente di trasmettere potenza tra due assi mantenendo un rapporto costante tra le rispettive velocità angolari, dopo le ruote di frizione, rispetto alle quali ha notevoli vantaggi. 15 Macchine e meccanismi

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I problemi affrontati possono essere: Analisi: è completamente noto il meccanismo in studio e se ne vogliono determinare le prestazioni con riferimento allo scopo per cui è stato costruito. Si fa una verifica delle prestazioni di una macchina (o meccanismo) esistente. Sintesi: vengono assegnate le specifiche funzionali che devono essere soddisfatte dal meccanismo e si vuole pervenire ad un progetto che soddisfi le prestazioni richieste Problemi della meccanica delle macchine

Il tipo di studio può essere: Cinematico: lo studio viene condotto indipendentemente dalle forze o coppie che agiscono sul meccanismo, per cui il suo movimento viene determinato esclusivamente in base alla geometria ed ai vincoli Dinamico: il movimento viene studiato in relazione alle forze o coppie che lo producono Statico: le forze d’inerzia che agiscono sui vari membri sono assenti o trascurabili 18 Problemi della meccanica delle macchine

I modelli hanno lo scopo di catturare gli aspetti essenziali del sistema in esame e di tralasciare quelli ininfluenti Modello fisico: deve essere in grado di rappresentare tutte le grandezze di interesse del sistema reale. Modello matematico: è derivato dal precedente attraverso l’applicazione delle equazioni della fisica; descrive il comportamento del sistema reale attraverso un sistema di equazioni algebriche e/o differenziali, che rappresentano in forma matematica le relazioni tra le grandezze fisiche del sistema meccanico La creazione di modelli

La modellazione di un sistema meccanico è un’operazione delicata che richiede una buona conoscenza delle tecniche utilizzate e del sistema in esame. In figura è schematizzato un modello fisico dei moti verticali di una motocicletta, in cui la stessa è immaginata costituita da un unico corpo rigido collegato al terreno tramite molle e smorzatori che tengono conto delle flessibilità e delle dissipazioni di sospensioni e ruote; questo modello con pochi parametri è in grado di fornire informazioni grossolane sulle frequenze dei moti di scuotimento verticale e di beccheggio. 20 La creazione di modelli

modelli CAD-CAE (Computer Aided Engineering): tramite l’utilizzo degli analoghi strumenti software, è possibile codificare ulteriori informazioni su cinematica, materiali, processi produttivi, ecc. I programmi CAE che eseguono analisi (o raramente sintesi) cinematica o dinamica di macchine o meccanismi vengono anche chiamati simulatori multibody. 21 La creazione di modelli