Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[51299] - PROGETTAZIONE FUNZIONALEFUNCTIONAL DESIGN
Massimo CALLEGARI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [IM09] INGEGNERIA MECCANICA Master Degree (2 years) - [IM09] MECHANICAL ENGINEERING
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2018-2019
Obbligatorio
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-IND/13 - MECCANICA APPLICATA ALLE MACCHINE

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

Italiano

Italian


PREREQUISITI PREREQUISITES

Conoscenze di base di meccanica teorica ed applicata, geometria ed analisi differenziale

Basic knowledge on theoretical and applied mechanics, geometry and calculus


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

• Teoria: 40 ore
• Esercizi: 20 ore
• Laboratorio: 12 ore

• Theory: 40 hours
• Exercises: 20 hours
• Laboratory: 12 hours


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

L’insegnamento si propone di fornire nozioni avanzate di meccanica delle macchine in modo che gli studenti abbiano le competenze per studiare macchine e sistemi meccanici complessi, compresi i problemi di sintesi. In particolare lo studente acquisirà conoscenze relative all’analisi e alla progettazione funzionale di macchine e sistemi meccanici complessi, come le macchine utensili, i dispositivi e sistemi robotici ed i veicoli; inoltre verranno trattate le problematiche delle vibrazioni e dei sistemi di attuazione e trasmissione del moto


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Lo studente sarà in grado di impostare modelli cinematici, statici e dinamici di meccanismi e macchine, di studiarne il comportamento tramite simulazione e di affrontare la loro progettazione funzionale. Inoltre, svilupperà capacità di analisi e di sintesi di macchine e sistemi meccanici complessi, sapendo opportunamente scegliere e applicare appropriati metodi analitici e di modellazione, basati sull'analisi matematica e numerica, per poterne simulare al meglio il comportamento al fine di predirne e migliorarne le prestazioni


Competenze trasversali.

Lo studente, oltre a migliorare la sua attitudine al ragionamento logico attraverso la risoluzione di problemi di analisi tipici della progettazione funzionale, avrà modo di sviluppare le proprie capacità comunicative nelle esercitazioni di gruppo, dove sarà tenuto a spiegare e sostenere le proprie idee ai colleghi ed al docente guida


Knowledge and Understanding.

The course aims to provide advanced knowledge in the field of machine mechanics so that students have the skills necessary to study machines and complex mechanical systems. In particular the students will acquire knowledge of functional analysis and design of machines and complex mechanical systems, such as machine tools, devices and robotic systems and vehicles; the class will also deal with the problems of vibrations, actuation systems and transmissions.


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

The student will be able to develop kinematic, static and dynamic models of mechanisms and machines, to study their behavior by simulation and to deal with their functional design. In addition, he will develop the skills for the analysis and synthesis of machines and complex mechanical systems; he will know how to appropriately select and apply relevant analytic and modeling methods, based on the mathematical and numerical analysis, to be able simulate system’s behavior in order to predict and improve its performance


Transversal Skills.

The student will improve its ability to logical reasoning through the resolution of problems of analysis typical of functional design; moreover he will have the opportunity to develop its communication skills in group exercises, where he will be required to explain and support his ideas to colleagues and to the teacher



PROGRAMMA PROGRAM

Lezioni di teoria (30 ore):
COMPLEMENTI DI CINEMATICA E DINAMICA
• Cinematica dei meccanismi articolati a più maglie e delle catene cinematiche spaziali. • Vibrazioni lineari di sistemi a più gradi di libertà. • Velocità critiche flessionali e torsionali. • Bilanciamento dei rotori. Dimensionamento dei volani.
TRASMISSIONI E MECCANISMI PER IL MOTO VARIO
• Riduttori di velocità. • Trasmissioni a cinghia ed a catena • Sistemi articolati: sintesi e bilanciamento. • Camme. • Meccanismi per il moto intermittente.
ELEMENTI DI MECCATRONICA
• Azionamenti elettrici. • Problematiche dell’attuazione servocomandata: accoppiamento motore-carico, leggi di moto per movimentazioni cicliche. • Sistemi meccanici retroazionati.
PROGETTAZIONE DELLE MACCHINE
• Il processo della progettazione • La normativa (direttiva macchine, eco-progettazione, sicurezza) • Gli strumenti CAE per la progettazione • Esempio di progettazione: il robot I.Ca.Ro. • Esercitazioni a gruppi con sviluppo di piccoli progetti
Presentazione di casi di studio (16 ore):
• Macchine a cinematica parallela • Modello elementare della dinamica di una autovettura • Analisi dinamica e bilanciamento di un m.c.i. •Progetto del cambio di un autoveicolo • Analisi delle vibrazioni torsionali della linea d’assi di un motore marino • Progetto funzionale della trasmissione di un ascensore meccanico
Esercizi (14 ore):
• Analisi cinematica di un sistema articolato a più maglie
• Scrittura del modello dinamico di un cinematismo ad 1 g.d.l. in catena chiusa
• Modellazione cinematica, statica e dinamica del manipolatore piano 2R
• Esercizi sulla trasfomazione di coordinate
• Esercizi sulla cinematica dei sistemi a più g.d.l. in moto generale
Laboratorio: Introduzione all’utilizzo di Matlab (12 ore):
• Sintassi e comandi elementari. Grafici
• Manipolazione di vettori e matrici
• Risoluzione di sistemi di equazioni algebriche non-lineari
• Integrazione di sistemi di equazioni differenziali

Theory (30 hours):
KINEMATICS AND DYNAMICS
• Kinematics of multi-loop linkages and spatial chains. • Linear vibrations of multi dof's systems. • Bending and torsional vibrations. • Rotordynamics • Design of flywheels.
MECHANICAL TRANSMISSIONS AND MECHANISMS FOR MOTION GENERATION
• Gearings and gearboxes. • Belts and chains • Linear modules • Linkages. • Cams. • Mechanisms for intermittent motion.
MECHATRONICS
• Actuators for automated machinery. • Servo mechanisms: drive selection, laws of motion. • Closed-loop systems.
SIMULATION TOOLS
• Introduction to the simulation environment. • Solving of common problems in the study of the machines • Modeling and analysis of simple dynamic systems.
MACHINE DESIGN
• Design process • Laws and standards • CAE design tools • Examples of design: the I.Ca.Ro. robot • Design tutorials
Case studies (16 hours)
• Parallel kinematics machines • Half-car model of car dynamics • Dynamic analysis and balancing of i.c. engines • Design of the gearbox of a motor vehicle • Torsional vibrations analysis of the driveline of a marine engine • Functional design of a mechanical lift transmission
Exercises (14 hours):
• Kinematic analysis of a multi-loop linkage
• Dynamic model of a 1-dof linkage
• Kinematic, static and dynamic modeling of the 2R plane manipulator
• Exercises on coordinate transformation
• Exercises on the kinematic analysis of multi-dof mechanical systems in general motion
Laboratory: Introduction to the use of Matlab (12 hours):
• Syntax and basic commands. Plots.
• Manipulation of vectors and matrices
• Resolution of algebraic non-linear equation systems
• Integration of differential equation systems


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

Il livello di apprendimento degli studenti viene valutato attraverso una prova orale, consistente nella discussione su uno o più temi di teoria trattati durante le lezioni e nello svolgimento di un esercizio scritto (è possibile la consultazione di libri di testo o materiale didattico personale).
Facoltativamente gli studenti possono svolgere in gruppo (3-5 componenti) una esercitazione che può consistere in un progetto funzionale di un sistema meccanico o nell’analisi cinematica e/o dinamica di una macchina o di un meccanismo, eventualmente da sviluppare tramite il software Matlab introdotto a lezione. I risultati prodotti saranno discussi in forma orale nell’ultima settimana del corso; la relativa valutazione mantiene la sua validità fino all’ultimo appello del settembre successivo, anche in caso di non superamento dell’esame orale.


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Per superare con esito positivo l’esame, lo studente deve dimostrare, attraverso le prove prima descritte, di aver ben compreso i concetti fondamentali dell’insegnamento ed in particolare di aver acquisito competenze avanzate sulla cinematica, statica e dinamica delle macchine (comprese le vibrazioni).
L’attribuzione del voto finale tiene conto delle conoscenze acquisite su tutti gli argomenti dell’insegnamento, compresi i meccanismi, le macchine ed i casi di studio descritti durante le lezioni.
La valutazione massima è raggiunta dimostrando una conoscenza approfondita dei contenuti dell’insegnamento nell'ambito delle prove scritta, orale e progettuale. La lode è riservata agli studenti che, avendo svolto tutte le tre prove in modo corretto e completo, hanno dimostrato la capacità di approfondire in modo autonomo gli argomenti fondamentali dell’insegnamento.


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

Viene attribuito un voto in trentesimi, con eventuale lode.


Criteri di attribuzione del voto finale.

Perché l'esito complessivo della valutazione sia positivo, lo studente deve conseguire almeno 16 punti (su 30) sia nella prova scritta sia in quella orale ed almeno 18 punti (su 30) nella valutazione complessiva. Il voto complessivo è dato dalla media pesata dei voti ottenuti nelle due o tre prove; il peso attribuito alla prova orale è doppio di quello di ciascuna delle altre prove sostenute.


Learning Evaluation Methods.

The level of student learning is assessed by means of a colloquium related to one or more topics of course’s theory and in the development of a a written exercise (open book).
The students may develop a group project (3-5 components) consisting in the functional design of a mechanical system or in the kinematic and/or dynamic analysis of a machine or mechanism, possibly to be developed by using the Matlab software introduced during the lectures. The results will be discussed in class in the last week of the course; its evaluation will be valid until the last session of next September, even in case of negative or unsatisfactory result of the colloquium.


Learning Evaluation Criteria.

In order to pass the exam, the student must demonstrate, through the mentioned tests, that he/she has understood the fundamental concepts of the lectures and in particular that he/she has acquired advanced skills on kinematics, statics and dynamics of machines (including vibrations).
The final mark evaluates the knowledge gained on all course’s subjects, including mechanisms, machines and the case studies described during the lectures.
The highest rating is achieved by demonstrating a thorough understanding of lectures throughout the written, oral and design parts. Praise is reserved for students who, having passed all three tests in a correct and complete way, have demonstrated the ability to investigate independently the fundamental contents of the lectures.


Learning Measurement Criteria.

A thirty-points scale is used for grading, eventually with praise.


Final Mark Allocation Criteria.

To gain a positive evaluation, the student must achieve at least 16 points (out of 30) in the written test and in the colloquium and at least 18 points (out of 30) in the overall evaluation. The overall rating is obtained by the weighted average of the marks obtained in the two or three tests; the colloquium is weighted twice as much each one of the other parts.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

• Callegari, Fanghella e Pellicano: “Meccanica Applicata alle Macchine”, Città Studi, 2a ed., 2017
• Materiale didattico multimediale disponibile sulla piattaforma Moodle di Ateneo all'indirizzo: https://learn.univpm.it/course/view.php?id=7768

• Callegari, Fanghella e Pellicano: “Meccanica Applicata alle Macchine”, Città Studi, 2a ed., 2017
• Handouts and multimedial material available at the Atheneum Moodle platform at the address: https://learn.univpm.it/course/view.php?id=7768


Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2018-2019
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2018-2019

 


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