Costruzione di macchine: esercizi e domande d’esame

Progettare organi di macchine che trasmettono potenza in sicurezza: rotismi, alberi a torsione, tensioni composte con il cerchio di Mohr, resistenza e stabilità delle membrature.

Pacchetto last-minute (PDF)Formulari, passaggi del metodo ed esercizi con soluzioni complete, pronti da stampare.

Argomenti di questo corso

  1. Ingranaggi e rotismirapporto di velocità · momento torcente e potenza · rotismo compostocalcoli
  2. Torsione degli alberitensione tangenziale · angolo di torsione · trasmissione di potenzacalcoli
  3. Cerchio di Mohr e trasformazione delle tensionitensioni principali · tensione tangenziale massima e direzione principale · tensione su un piano inclinatocalcoli
  4. Tensione e deformazione assialetensione normale · deformazione e allungamento · barra a gradinicalcoli
  5. Instabilità delle colonneestremi incernierati · altre condizioni di vincolo · progetto e tensione criticacalcoli
  6. Vibrazioni meccanichefrequenza naturale · fattore di smorzamento · molle in serie e in parallelocalcoli

Consigli per l’esame di Costruzione di macchine

  • Potenza = momento torcente × velocità angolare: riducendo la velocità con gli ingranaggi, il momento torcente aumenta dello stesso rapporto.
  • Trova le tensioni principali prima di confrontarle con la resistenza del materiale.
  • Converti gli rpm in rad/s con ω = 2π·n/60.

Esempi svolti

Ingranaggi e rotismiFacile
d1​ = 160 mmd2​ = 400 mm1500 rpmn2​ = ?

Un motore che gira a 1500 giri/min aziona una puleggia da 160 mm. Una cinghia la collega a una puleggia da 400 mm. Supponendo assenza di slittamento, trova la velocità n2 della puleggia condotta.

n1 = 1500 rpmd1 = 160 mmd2 = 400 mm

Calcola n2 (rpm)

Mostra i suggerimenti
  1. La cinghia si muove a una sola velocità, quindi entrambe le periferie hanno la stessa velocità.
  2. π·d₁·n₁ = π·d₂·n₂.
  3. n₂ = 1500·160/400.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Trasmissioni a cinghia: senza slittamento, entrambe le pulegge hanno la stessa velocità periferica v = π·d·n/60, quindi n₁·d₁ = n₂·d₂ e il rapporto di velocità è d₂/d₁. Lo slittamento s rende la puleggia condotta un po’ più lenta: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). La potenza trasmessa è P = (T₁ − T₂)·v, con T₁ la tensione sul lato teso e T₂ sul lato lento. L’attrito limita il rapporto tra le tensioni: T₁/T₂ = eμθ, dove θ è l’angolo di avvolgimento in radianti sulla puleggia più piccola; per una cinghia aperta θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)) con interasse C.

Velocità periferiche uguali

n₁·d₁ = n₂·d₂

Velocità della condotta

n2 = 1500·160/400 = 600 rpm

Risposta

n2 = 600 rpm
Torsione degli alberiMedia
T = 750 N·md = 40 mmL = 1,5 mφ = ?

Un albero pieno di ottone è incastrato alla parete e torto da un momento T all’estremo libero. Trova l’angolo di torsione φ dell’estremo libero, in gradi.

T = 750 N·md = 40 mmL = 1,5 mG = 39 GPa

Calcola φ (°)

Mostra i suggerimenti
  1. Usa φ = TL/(GJ), che dà radianti.
  2. Usa N e mm ovunque: T in N·mm, L in mm, G in MPa (GPa × 1000), J in mm⁴.
  3. J = 251327 mm⁴.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Torsione degli alberi circolari: la tensione tangenziale cresce linearmente da zero al centro fino a τmax = T·r/J in superficie, con J = πd⁴/32 per un albero pieno e J = π(do⁴ − di⁴)/32 per uno cavo. L’angolo di torsione è φ = TL/(GJ) in radianti. Potenza e momento torcente sono legati da P = T·ω.

Momento d’inerzia polare

J = π·40⁴/32 = 251327 mm⁴

Angolo di torsione

φ = TL/(GJ) = 750·1000·1500/(39000·251327) = 0,1148 rad
φ = 0,1148·180/π = 6,576°

Risposta

φ = 6,576°

Come funziona l’esercitazione

  • “Esercitati su questo corso” mescola esercizi di tutti i suoi argomenti, come in un vero esame.
  • Ogni esercizio ha valori nuovi, così impari il metodo invece di una risposta.
  • Bloccato? Apri prima un piccolo suggerimento e la spiegazione completa solo quando ti serve.
  • Le simulazioni d’esame sono a tempo e senza suggerimenti; alla fine ricevi il punteggio e una revisione completa.

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