Meccanica applicata e progettazione - Paniere compilato

Meccanica applicata e progettazione

Meccanica Applicata e Progettazione

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Meccanica applicata e progettazione

Lezione 001

01. Le macchine energetiche:

• Si dividono in motrici e generatrici.
• Sono destinate alla creazione di energia.
• Nessuna delle precedenti.
• Comprendono soltanto macchine elettriche.

02. A differenza delle macchine motrici, le macchine generatrici trasformano:

• L'energia elettrica in energia termica.
• L'energia termica in energia meccanica.
• Nessuna delle precedenti.
• L'energia meccanica in altre forme di energia.

03. Un esempio di macchina motrice è:

• La pompa idraulica.
• La fresa automatica.
• La turbina Pelton.
• Nessuna delle precedenti.

04. Le macchine operatrici:

• Sono destinate alla realizzazione di operazioni specifiche diverse da semplici trasformazioni di energia.
• Nessuna delle precedenti.
• Sono destinate alla creazione di energia.
• Sono destinate ad operazioni di trasformazione energetiche.

05. Classificare le seguenti macchine: 1. Escavatore 2. Compressore alternativo a pistoni 3. Calandratrice 4. Turbina a gas 5. Motore a reazione 6. Generatore elettrico eolico 7. Turbina idraulica Kaplan 8. Tornio.

06. Descrivere sinteticamente i contenuti delle varie fasi della progettazione di un sistema meccanico che soddisfi la seguente richiesta da parte del committente: "Necessito di una macchina che mi consenta di scaricare o caricare velocemente i container di una nave mercantile."

5. Classificazione delle macchine

Macchine energetiche

• Sono destinate alla trasformazione di energia.

Suddivisione in base al tipo di conversione energetica:

• Motrici (ex. Turbina idraulica).
• Generatrici (ex. Pompa centrifuga).

Suddivisione in base al fenomeno di trasformazione energetica:

• A fluido (ex. Motore alternativo a combustione interna).
• Elettriche (ex. Motore elettrico in corrente continua).
• Operatrici.

Sono destinate alla realizzazione di operazioni specifiche diverse da semplici trasformazioni di energia.

Le macchine energetiche si dividono in motrici e generatrici a seconda della trasformazione a fluido o dell’energia elettrica, a seconda della metodologia di alimentazione.

Tra le macchine operatrici: escavatore, calandratrice, tornio.

Tra le macchine motrici: compressore alternativo a pistoni, motore a reazione.

Tra le macchine generatrici: turbina a gas, generatore elettrico eolico, turbina idraulica Kaplan.

6. Identificazione dei requisiti e delle necessità del committente

• Una macchina motrice in grado di sollevare e spostare mezzi pesanti per medio-lunghe distanze.
• Studio dello stato dell’arte: tipologia di gru o di muletti aventi un braccio di media-lunga lunghezza.
• Definizione degli obiettivi: il sistema deve saper raggiungere gli agganci dei container, sollevare questi ultimi in modo uniforme, consentirne uno spostamento e un ricollocamento che non alteri lo stato interno del container.
• Definizione delle specifiche: la macchina deve essere provvista di un braccio meccanico, un sistema di rotazione del braccio e con la possibilità di movimento.
• Ideazione e invenzione: l’idea è quella di un mezzo autoarticolato gommato con un braccio meccanico estensibile in grado di ruotare. In alternativa una gru fissa con braccio di grande gittata ed un sistema di sollevamento con carrucole.
• Analisi: la funzionalità della prima soluzione progettuale consente spostamenti su lunghi tragitti, mentre la seconda idea è applicabile su un raggio d’azione esteso ma limitato; dunque si opta per un mezzo fisso che abbia il raggio d’azione limitato all’attività portuaria se la banchina è destinata al solo carico e scarico merci, altrimenti al mezzo di locomozione con annessa piattaforma per consentire il trasporto di più container.
• Selezione: analizzando la condizione ambientale, ad esempio porto privo di zona carico e scarico merci, si opta per il mezzo gommato autoarticolato.
• Progettazione dettagliata: si effettuano dei disegni al dettaglio del macchinaggio, con lo studio strutturale del sistema di sollevamento e il calcolo della portata massima di trasporto.

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Lezione 002

01. Il moto a regime si dice periodico:

• Se l’atto di moto di tutti i membri si ripete dopo un intervallo di tempo (periodo).
• Se l’atto di moto non è uniforme.
• Nessuna delle precedenti.
• Se l’atto di moto di almeno uno dei membri si ripete dopo un intervallo di tempo (periodo).

02. Il moto a regime si dice uniforme o assoluto:

• Se l'atto di moto di tutti i membri si mantiene costante in qualunque intervallo di tempo.
• Se l'atto di moto si ripete ciclicamente.
• Se l'atto di moto del membro movente si mantiene costante in qualunque intervallo di tempo.
• Nessuna delle precedenti.

03. Il regime di moto ciclico si dice intermittente se:

• Durante ogni ciclo si arresta per un intervallo di tempo infinito.
• Nessuna delle precedenti.
• Durante ogni ciclo si arresta per un intervallo di tempo finito.
• Durante ogni ciclo cala di intensità senza arrestarsi mai.

04. Il regime di moto ciclico si dice alternativo se:

• Ad ogni ciclo si inverte il verso di movimento.
• Può avvenire in sostituzione del moto a regime periodico.
• Il movimento dei membri è diverso ad ogni ciclo.
• Nessuna delle precedenti.

05. Lo studio cinematico viene detto diretto se:

• A partire dalla conoscenza delle forze esterne, viene calcolato l'atto di moto dei membri.
• A partire dalla conoscenza del moto dei motori, viene calcolato il movimento in uscita della macchina.
• Nessuna delle precedenti.
• A partire dalla conoscenza del movimento in uscita della macchina, viene calcolato il moto dei motori.

06. Lo studio cinematico viene detto inverso se:

• A partire dalla conoscenza delle forze esterne, viene calcolato l'atto di moto dei membri.
• A partire dalla conoscenza del moto dei motori, viene calcolato il movimento in uscita della macchina.
• A partire dalla conoscenza del movimento in uscita della macchina, viene calcolato il moto dei motori.
• Nessuna delle precedenti.

07. Dal punto di vista matematico, il problema dell’analisi statica:

• Consiste nella risoluzione di un sistema di equazioni algebriche fortemente non lineari.
• Nessuna delle precedenti.
• Consiste nella risoluzione di un sistema di equazioni algebriche lineari.
• Consiste nella risoluzione di un sistema di equazioni algebriche polinomiali di grado 2.

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08. Il regime di moto transitorio:

• Si verifica nella fase di avviamento o di arresto delle macchine.
• Si ripete dopo un intervallo di tempo detto periodo.
• È anche detto uniforme o assoluto.
• Nessuna delle precedenti.

09. Il regime di moto ciclico si dice continuativo se:

• Durante ogni successivo ciclo non si arresta.
• Durante ogni successivo ciclo si arresta per breve tempo.
• Alla fine di ogni successivo ciclo si arresta e poi riparte.
• Nessuna delle precedenti.

10. Nello studio della Meccanica delle Macchine, quali sono le differenze tra un problema di analisi e un problema di sintesi?

11. Descrivere, fornendo esempi, un problema di analisi cinematica inversa e uno di analisi dinamica diretta.

12. Dare la definizione di moto in transitorio, moto a regime, moto ciclico.

13. Nello studio della Meccanica delle Macchine, quali sono le differenze tra uno studio cinematico e uno studio dinamico?

10. I problemi tipici che riguardano la meccanica applicata sono i problemi di analisi e quelli di sintesi. I primi consistono nel determinare la legge del moto dei punti di ogni membro e le forze e coppie agenti sui vari membri. Nei secondi la sintesi consiste nel creare il meccanismo che soddisfi le specifiche di progetto, ovvero i requisiti di partenza. Le specifiche di progetto possono consistere nella legge del movimento di uno o più punti del meccanismo, negli angoli di trasmissione, nella posizione dei perni a telaio, ecc.

11. L’analisi cinematica inversa si parte dal movimento in uscita della macchina e si ottengono le relazioni del moto dei motori, in particolare ad esempio le velocità dei motori che imprimono alla pinza un’azione assegnata nello spazio di lavoro.

L’analisi dinamica diretta ha come obiettivo la determinazione della legge del moto (spostamenti, velocità, accelerazioni) e dello stato di sollecitazione (tensioni, deformazioni) dei membri di un meccanismo elastico in movimento in funzione delle forze esterne a cui lo stesso è soggetto, includendo gli effetti delle deformazioni elastiche sulle forze d'inerzia. Un esempio è la determinazione della coppia motrice di un autoveicolo che imprime sullo stesso un’accelerazione assegnata e la sua corrispondente velocità.

12. Il moto in transitorio si verifica nella fase di avviamento o di arresto delle macchine ed è generalmente un moto vario. Nel moto a regime è possibile distinguere in uniforme o assoluto, se l’atto di moto di tutti i membri si mantiene costante in qualunque intervallo di tempo; periodico se l’atto di moto di tutti i membri si ripete dopo un intervallo di tempo (periodo). Infine il moto si dice ciclico se, dopo l’avvio da qualsiasi posizione relativa, i membri di una macchina passando attraverso tutte le posizioni che possono assumere, ritornano alla loro posizione relativa originale e si suddividono in tre tipologie a seconda delle fasi tra un ciclo e l’altro:

• Continuativo se durante ogni successivo ciclo non si arresta.
• Intermittente se durante ogni ciclo si arresta per un intervallo di tempo finito.
• Alternativo se ad ogni ciclo si inverte il verso di movimento.

13. Studio cinematico: studio del movimento senza tener conto delle forze che lo producono; in genere si assume l’ipotesi dei corpi rigidi e le masse ininfluenti.

Studio dinamico: studio della trasmissione del movimento sotto l’azione delle forze applicate.

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Lezione 003

01. Descrivere le fasi e le relative approssimazioni presenti nel passaggio da sistema reale a modello fisico, e successivamente da modello fisico a modello matematico.

1. Da sistema reale a modello fisico: con modello fisico di un sistema reale si intende un sistema fisico immaginario che, nell’ambito dell’approssimazione prefissata, sia equivalente al sistema reale, per certe sue date caratteristiche riguardanti lo studio, in un campo di funzionamento prestabilito. Il modello fisico deve essere semplice, ma deve prevedere in maniera accurata e soddisfacente il comportamento del sistema reale.

Per questo passaggio possiamo assumere una serie di approssimazioni:

• Trascurare i piccoli effetti, ovvero eliminare le interazioni tra componenti o fra il sistema e l’esterno che provochino effetti trascurabili sul comportamento del sistema.
• Ammettere che il sistema non modifichi l’ambiente esterno e non vari quindi allo stesso tempo l’azione dell’ambiente sul sistema.
• Sostituire caratteristiche concentrate a caratteristiche distribuite, equazioni differenziali ordinarie invece che alle derivate parziali.
• Ammettere dipendenza lineare tra le variabili, es: molle considerate lineari anche se in realtà non lo sono.
• Assumere parametri tempo-invarianti.
• Trascurare incertezze e disturbi.

Da modello fisico a modello matematico: a partire dal modello fisico si definisce il modello matematico, ossia un insieme di relazioni matematiche che descrivono il comportamento del modello fisico stesso. Le relazioni non sono univocamente definite dal modello fisico, ma dipendono anche dallo scopo per cui si effettua lo studio. Nella meccanica delle macchine si analizzano tipicamente modelli di funzionamento, ossia modelli che descrivono nel tempo tutte le variabili che caratterizzano il sistema fisico. La procedura generale consiste in:

• Scegliere le variabili fisiche, consentono di esprimere gli scambi energetici, tra i componenti e tra questi e l’esterno, e gli accumuli di energia.
• Imporre le condizioni di congruenza per tradurre i vincoli del sistema.
• Imporre le condizioni di bilancio per il sistema, o bilancio energetico o delle forze, pressioni etc..
• Imporre le equazioni costitutive, legame tra le variabili della potenza.

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Lezione 004

01. Un vincolo è esterno:

• Se è dovuto alla costituzione dei corpi.
• Se è dovuto alla presenza di altri corpi.
• Se è anolonomo.
• Nessuna delle precedenti.

02. Un vincolo è detto anolonomo:

• Se risulta integrabile.
• Se vincola la velocità dei corpi.
• Se sottrae gradi di libertà al sistema.
• Se è funzione delle velocità dei corpi.
• Nessuna delle precedenti.

03. Un vincolo bilaterale è detto olonomo:

• Se limita direttamente solo le velocità del sistema.
• Nessuna delle precedenti.
• Se è interno.
• Se è non integrabile.

04. Il vincolo di corpo rigido è un esempio di vincolo:

• Interno.
• Nessuna delle precedenti.
• Anolonomo.
• Bilaterale.

05. I 9 componenti della matrice di rotazione che esprime la rotazione di un corpo nello spazio sono legati in realtà da:

• 5 relazioni.
• 4 relazioni.
• 6 relazioni.
• Nessuna delle precedenti.

06. Un vincolo unilaterale:

• Nessuna delle precedenti.
• Sottrae tanti gradi di libertà al sistema quante sono le disequazioni che lo rappresentano.
• Sottrae gradi di libertà al sistema.
• Non sottrae gradi di libertà al sistema.

07. Un vincolo è detto unilaterale:

• Se è espresso da almeno 2 disequazioni.
• Nessuna delle precedenti.
• Se è espresso da tante equazioni quante disequazioni.
• Se non sottrae gradi di libertà al sistema.

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08. Un vincolo è detto bilaterale:

• Se le restrizioni imposte al sistema si rappresentano tramite sole disequazioni.
• Se le restrizioni imposte al sistema si rappresentano tramite sole equazioni.
• Nessuna delle precedenti.
• Se le restrizioni imposte al sistema si rappresentano tramite equazioni e disequazioni.

09. Si chiama vincolo:

• Ogni dispositivo che limita le posizioni dei punti del sistema meccanico.
• Ogni dispositivo che limita le posizioni e/o le velocità dei punti del sistema meccanico.
• Nessuna delle precedenti.
• Ogni dispositivo che limita le velocità dei punti del sistema meccanico.

10. Gli angoli di roll, pitch e yaw:

• Indicano l'inclinazione delle forze agenti fra i membri di un meccanismo.
• Sono anche detti angoli nautici o aeronautici.
• Sono utilizzati per esprimere l'inclinazione delle forze sviluppate nel contatto fra ruote dentate.
• Nessuna delle precedenti.

11. Gli angoli aeronautici descrivono l’orientamento di un sistema di riferimento:

• Sono utilizzati esclusivamente in campo aeronautico.
• Nessuna delle precedenti.
• Attraverso tre successive rotazioni rispetto a sistemi di riferimento mobile.
• Attraverso tre successive rotazioni rispetto ad un sistema di riferimento fisso.

12. Gli angoli di Eulero:

• Sono utilizzati per esprimere l'inclinazione delle forze sviluppate nel contatto fra ruote dentate.
• Nessuna delle precedenti.
• Sono utilizzati per rappresentare il mutuo orientamento di corpi rigidi.
• Indicano l'inclinazione delle forze agenti fra i membri di un meccanismo.

13. Un vincolo è interno:

• Nessuna delle precedenti.
• Se si esprime tra due corpi interni al sistema.
• Se è dovuto alla presenza di altri corpi.
• Se è dovuto alla costituzione dei corpi.

14. Lo spostamento relativo tra 2 corpi nel piano in assenza di vincoli è espresso da:

• 3 parametri.
• 6 parametri.
• 2 parametri.
• Nessuna delle precedenti.

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15. Lo spostamento relativo tra 2 corpi nello spazio in assenza di vincoli è espresso da:

• 5 parametri.
• Nessuna delle precedenti.
• 4 parametri.
• 3 parametri.

16. Motivare la seguente affermazione: "Il vincolo di puro rotolamento di una sfera su un piano è anolonomo".

17. Motivare la seguente affermazione: "Il vincolo di puro rotolamento di un rullo su un piano è olonomo".

16) Un vincolo bilaterale è detto olonomo se limita direttamente solo le posizioni del sistema e quindi non compare nella sua equazione la dipendenza dalle velocità; per esempio è olonomo un vincolo che realizza la condizione di rotolamento senza strisciamento di un rullo rigido su un piano. “In generale il rullo, se vincolato a rimanere a contatto con il piano, ha 2 gradi di libertà se, invece, si impone la rotazione senza strisciamento del rullo sul piano, viene introdotta la corrispondente equazione di vincolo Vc = 0 che lega la velocità di avanzamento del rullo alla sua velocità angolare”.

17. Un vincolo bilaterale è detto anolonomo se limita anche le velocità dei punti oltre alle posizioni del sistema, perché un vincolo risulti effettivamente anolonomo occorre che la sua equazione di vincolo, alle derivate prime rispetto al tempo, risulti non integrabile mentre è anolonomo il vincolo di rotolamento senza strisciamento di una sfera rigida su un piano. I vincoli anolonomi, imponendo delle restrizioni solo sulle velocità dei punti del sistema, non impediscono il raggiungimento di alcuna posizione e non fanno diminuire il numero di g.d.l.

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Lezione 005

01. Spiegare la differenza tra vincolo cinematico bilaterale e unilaterale, mostrando almeno un esempio per entrambi.

02. Quali tipologie di vincoli sottraggono g.d.l. al sistema e quali invece non ne sottraggono? Motivare la risposta fornendo alcuni semplici esempi.

03. Spiegare la differenza tra vincolo interno ed esterno.

04. Dare la definizione di vincolo cinematico.

05. Indicare come è possibile descrivere l’orientamento di una terna rispetto ad un’altra attraverso gli angoli di Eulero e gli angoli aeronautici.

06. Spiegare la differenza tra vincolo olonomo ed anolonomo fornendo esempi delle due tipologie.

1) Un vincolo bilaterale è detto olonomo o geom