Riassunto esame Meccanica applicata alle macchine, Prof. Pellicano Francesco, libro consigliato Meccanica Applicata alle Macchine, Massimo Callegari, Pietro Fanghella, Francesco Pellicano

ANALISI DINAMICA DEL MANOVELLISMO DI SPINTA

Le forze della combustione non sono prese in considerazione in quanto "ineliminabili", ovvero necessarie a generare la coppia motrice; inoltre sono forze interne al sistema ed hanno risultante nulla (esse generano appunto solo una coppia pura, che è la copia motrice).

Allora il sistema viene analizzato in dinamica inversa tramite l'approccio di D' Alembert. Imponiamo cioè velocità angolare costante e valutiamo le forze che si scaricano sulla struttura del motore.

L'analisi sopra svolta ci è utile per sviluppare dei metodi per compensare tali forze di inerzia che si vengono a sviluppare.

• H1 co-rotante si compensa con una ulteriore massa sulla manovella
• H1 contro-rotante si compensa aggiungendo un albero controrotante di bilanciamento un eccentrico avente massa tale da annullare H1.

La massa rotante in A si bilancia facilmente aggiungendo una massa dalla parte opposta dell'amanovella.

punto di vista dell'erogazione, anche se non è ottimale l'equilibratura. Si possono sfasare i cilindri di 180 gradi in modo da avere una migliore equilibratura, tuttavia la coppia è meno regolare dato che non abbiamo uno scoppio ogni 360 gradi. Quindi specialmente ai bassi regimi l'erogazione è più irregolare. Specie nelle motociclette si può trovare un'architettura bicilindrica a V 90° in modo da ridurre notevolmente gli ingombri. Il migliore dal punto di vista dinamico è il boxer bicilindrico, che risulta equilibrato come un 4 cilindri in linea, a fronte però di un maggior ingombro. Per quanto riguarda il quattro cilindri, il più utilizzato è il 4 cilindri in linea. Dato che risulta in generale il più equilibrato e permette di avere uno scoppio ogni mezzogiro. È come avere due L2 classici affiancati. Specie nelle motociclette si può trovare largo impiego dei 4 cilindri a V dato che si

Utilizza spesso un V8 con coppie di bielle sfasate (auto americane). In Ferrari ad esempio si utilizza il cosiddetto schema ad albero piatto. Prendiamo in analisi un L6 per analizzare forze e coppie d'inerzia, mostrando in quali condizioni è perfettamente equilibrato. Come primo esempio prendiamo il caso di una fasatura a 60 gradi. Partendo dal primo cilindro gli altri si trovano a distanza assiale li e angolare αi. Abbiamo equilibrio delle forze se:

E dall'analisi del manovellismo ricaviamo:

Per il perfetto equilibrio alla traslazione (per t=0) devo imporre che (assumendo ovviamente che tutti i manovellismi abbiano stesse masse):

appannano

Per l'equilibrio alla rotazione invece si devono imporre le equazioni:

Ripetendo la stessa analisi per il 4 cilindri le forze d'inerzia del primo ordine sono compensate. Mentre quelle del secondo ordine possono essere bilanciate con alberi controrotanti a velocità angolare doppia rispetto a quella dell'albero motore.

L'utilizzo di masse controrotanti quindi consente di bilanciare le forze d'inerzia. Invece l'utilizzo di masse co-rotanti si possono utilizzare per bilanciare le coppie d'inerzia.

VIBRAZIONI MECCANICHE-INTRODUZIONE

Le vibrazioni sono un fenomeno meccanico di tipo dinamico, caratterizzato da oscillazioni attorno ad una posizione di equilibrio. Solitamente, ma non necessariamente, si tratta di oscillazioni di piccola ampiezza. Possono vibrare sia i solidi, che i fluidi comprimibili o incomprimibili. Ad esempio il suono è una vibrazione nell'aria che si propaga nello spazio.

Il suono infatti entra nell'orecchio esterno, che convoglia il suono verso l'orecchio medio, il quale a sua volta lo amplifica circa 20 volte, grazie alla vibrazione della membrana timpanica. Tali vibrazioni meccaniche sono poi trasformate in impulsi elettrici che attraverso il nervo acustico arrivano al cervello, dove determinano la sensazione uditiva. Esistono anche i cosiddetti nanotubi.

La posizione di equilibrio è la chitarra. Infatti quando pizzichiamo una corda, la corda della chitarra vibra e si crea un'onda stazionaria. La corda vibra alla sua frequenza fondamentale e multipli interi, cioè le ottave superiori. Raddoppiando la frequenza sto quindi suonando la stessa nota ma ad un ottava superiore. Ovviamente gli strumenti musicali devono avere una certa cassa armonica per far si che la vibrazione della corda si propaghi all'interno e all'esterno di essa. Le alte frequenze sono emesse dal corpo mentre le basse escono dal buco.

La forma dei corpi e la distribuzione delle masse influenza notevolmente il modo di vibrare di un corpo. Talvolta, forti vibrazioni possono anche provocare rumore. Ma non solo, infatti talvolta il rumore può causare problemi di salute. Ma soprattutto possono causare danni a strutture meccaniche in generale. Talvolta le vibrazioni possono anche essere autoindotte dall'interazione tra la struttura e l'aria.

Fenomeno di flutter o Galloping. Come si diceva sopra il terremoto è sicuramente uno degli effetti più catastrofici per l'uomo che possono produrre le vibrazioni dato che può causare anche fenomeni connessi come la liquefazione del terreno, maremoti, tsunami, alluvioni. Negli edifici si possono montare assorbitori di energia o smorzatori nelle fondamenta per attenuare le vibrazioni provocate da un terremoto.

MODELLAZIONE DEI FENOMENI VIBRATORI

Le vibrazioni rientrano nel campo della dinamica, di conseguenza si parte la problema fisico, si crea di conseguenza un modello fisico. Si passa poi ad un modello matematico, dal quale ricaviamo le equazioni del moto. Da queste possiamo interpretare i parametri e risolvere le equazioni.

Partendo dal caso del classico oscillatore armonico. Avremo una posizione di riposo. Rilasciando il peso avremo un allungamento statico. Aggiungendo una perturbazione e scrivendo le equazioni di equilibrio con l'approccio di d'Alembert avremo.

• trascuro l'inerzia distribuita sulla barra
• Considero solo l'inerzia della massa di estremità
• OK se: massa >> massa barra; sto lavorando a basse frequenze