Anno:periodo4:2 Lezioni. esercitazioni,laboratori:74+46(ore,nell'interoperiodo) Docente:Graziano Curti(collab.:CristinaBignardi , Francesca Curai
Il corso ha l'obiettivo di riprendere eapprofondire gli argomenti della scienza delle costruzioni, con particolareriferimentoa quelli che costitui sconoil fondamentodella progettazione delle macchine e dei loro compone nti. In esso veng ono presentatigli elementi tipiciche influenzanoilcomportamentoela resistenzadegliorganidelle mac-chine come l'effetto d'intaglio, la fatica, lo scorrimento a caldo e lo smorzamento internodei materiali. Di questieleme ntivengono forniti i dati cara tteristici (me todi, formule, diagrammi) che ne consentonol'applicazion epratica.
Veng onoinoltre descritti e illustrati iprincipali organidelle macchinee imezzi di col-legamentoe di accoppiamento. Il corsosi propone in definitiva difornire agliallievi le metodologie della progettazione delle macchinee dei relativiorgani.
REQUISITI. Scienzadelle costruzioni.Meccanica applicataalle macchine.
PROGRAMMA
Introduzione. Presentazione. Argome nti e finalit à. Lezioni , esercitazioni, esami:
modalitàe regole. [2ore]
Ruote dentate. Ingranaggi. Caratteristichegeometriche, cinematiche ,di taglioe di resistenza. [14ore]
Cuscinetti. Tipi. Montagg io. [4ore]
Ipotesidi rottura. Tensioniequi valenti. [4ore] .
Lafaticadei materiali:descrizione, caratteristiche, diagrammi. Meccanicadella frat-tura. [IO ore]
Effetto d'intaglio:definizione,diagrammi,datinumerici. [6ore]
Smorza mento interno deimateri ali. [2ore]
Scorrimento a caldo dei materiali. [2ore]
Molle. Tipi. Calcoli . Applicazioni. [16 ore]
Giunti. Innesti. [6ore]
TeoriadiHertz,formulefinali eapplicaz ioni. [8ore]
ESERCITAZION I
Nell'ambito del corso verranno svolte due esercitazioni che, per l'ottenimentodella firma di frequenza ,dovrannoessere verifica te dagliassistent io dai coadiutori entrola finedelle lezion i. Laprima esercita zione consiste nell aprogettazione delgruppoepi -cic loidale per il comando di un arga no di sollev ame nto e comprende: i calcoli di dimensionamentoe/o verificadi alcuni elementidel gruppo, il disegnocomplessivo e
1995/96DLP (mec) 65
un disegnoparticolareda definirsi. Laseconda esercitazioneconsistenelcalcolo di un ingranaggiocon ruoteaprofili spostati.
l. Progetto di ungruppoepicicloidale per comando diun arganodisollevamento Modalitàdi svolgimento delle esercitazioni. Distribuzione e descrizione del materiale didattico Spiegazione dello schema e del disegno costruttivo del gruppo epicicloidale.
~~
.
Calcolo dei rapporti di trasmissione . Calcolodei numeri di denti. [4 ore]
Dimensionamento degliorgani di sollevamento. Scelta dei motori. Sceltadelriduttore commerciale. Specifichepersonalizzatedel progetto. [4ore]
Scelta e verifica dei giunti Arpex. Calcolo delle forzee dei momenti scambiati fragli ingranaggi del gruppo epicicloidale. Cenni sulleruote cilindri cheelicoidalie calcolo delleforzescambiate in un ingranaggio elicoidale . [4ore]
Calcolodellereazioni sui cuscinetti. Sceltadei cuscinetti. Verifica statica e dinamica.
[6 ore]
Dimensionamento degli ingranaggi a flessionee a usura. [6 ore]
Calcolo afaticadi un albero del gruppo. Cenni sulla quotatura del disegno particolare diunalbero delgruppo. [6 ore]
Calcolodel collegamentofra ruota dentata e albero. Calcolodi una giunzione bullo-nata. [4 ore]
Dimensionamento del freno a disco di uno dei due motori. Dimensionamentodella molla. [4ore]
2. Calcolo di un ingranaggiocon ruotea profili spostati.
Spiegazione dell'esercitazione. [6 ore]
BIBLIOGRAFIA
R.Giovannozzi.Costruzionedi macchine,Pàtron,Bologna.
G.Bongiovanni, G.Roccati,Giunti fissi,articolati,elasticie disicurezza, Levrotto&
Bella,Torino, 1986.
G. Bongiovanni, G.Roccati,Giunti articolati per la trasmissione tra alberi mobili, Levrotto& Bella, Torino,1984.
G.Bongiovanni, G. Roccati, Innesti a denti, ad attrito, automatici e di sopravanzo, Levrotto& Bella, Torino, 1987.
G.Bongiovanni, G. Roccati,Freni, Levrotto & Bella,1990.
G. Bongiovanni, G.Roccati,Sinossi di lezioni su ruote dentate econtatti hertziani, Levrotto& Bella,Torino, 1994.
P311 2
Macchine 2
Anno:periodo4:2 Lezioni,esercitazioni,laboratori:6+4(oresettimanali);++6(nell'intero periodo) Docente:Enrico Antonelli(co llab.:FedericoMillo)
Ilcorsointende fornire le nozioni fondamentali sui motori a combustione interna volu-metrici (alternativi e rotati vi) e sui motori a flusso continuo (turbine a gas), sia a combustione interna che a combustioneesterna;esso sicompone di una parte più pro-priamente descrittiva,avente lo scopo di fornire una conoscenzagenerale della costitu-zione dei predetti motori, e di un'altra parte, a carattere formativo, necessaria a costituire la base per la loro progettazione termicae fluidodinamica e a permetterne la scelta inrelazione all'impiegocui sono destinati.
REQUISITI. Sono propedeutichenozioniacquisite nei corsi diMacchinel e di Tecno-logiadeimateriali e chimica applicata,oltrechéFisicatecnicaeMeccanicaapplicata allemacchine.
66
PROGRAMMA
Corsidi laurea,Torino
Richiamidi nozioni fondamentali. [14ore]
Nozioni-baseditermodinamica dei mezzi continui :relazioni termicheerelazioni mec-caniche;parametridistato(esternie interni, fisiciechimici);equazio ni di stato; leggidi conservazione e leggidievoluzione dalpunto di vistasostanzialee dal puntodi vista locale, confronto fralavoro esterno e lavorotecnico. Proprietàdei diagrammip,veT,S in terminidi curvee in terminidi aree. Equazioni di combu stione adiabatica, e con scambiodi calorecon le pareti senza e con dissociazione. Teoremadell'energiautiliz
-zabile. '
Generalitàsui motori volumetrici. [8ore]
Classificazione deimotorivolumetrici. Quadrodeirendimentitermici, termofluidodi-namiciemeccanici. Consumispecifici di calore e di combustibile. Espressionedell a potenza e della pressione medi a effettiv a per idiversi tipi di motori volumet rici a combustione interna. Considerazio nisul parametroenergetico dei combus tibili utiliz-zabili. Quadro sinottico delleinfluenze esercitatesulle prestazion i dei motori alterna-tivia c.i. Criteri generalidi impiegodei motori alternativ ia 2 ea4 temp i, ad accen-sione coma ndata e ad accensione per compress io ne. Valori attuali dei principali parametri caratterizzanti leprestazionideimotori. Impostazionedelprogett odi mas-simadi un motore alternativo a combustione interna:determinazione delle principali caratteristiche del motore.
Descrizionedei motorialternativiacombustione interna. [4ore]
Costitu zione,funzionamento reale,e particolarità costrutt ivedei motori alternativi ad accensionecomandata,a 4 e a 2 tempi,velocie leggeri.
Costituzione,funzionamento reale,e particolaritàcostrutti vedei motori alternativiad accensione per compressione,a 4 e a 2 tempi,siavelocieleggeri,sia lenti e pesanti.
Analisideirendimentideimotori alternativi ac.i. [8ore]
Criteri di scelta del cicloideale per motori alternativia combustione intern a. Rendi -menti termicidei cicli ideali. Rendimenti termicideicicli ad aria reale . Rendimenti termici dei cicli ad aria e combustibile. Dipendenza delrendimento termi colimitedalla dosatura. Il rendimento termodinamicointerno:influenza dell'imperfezionedella com-bustione,degli scambi termici con le pareti,delle perdite per fughe, delle laminazion i nelricambiodel fluido - motore. Ilrendimento organico: influenza dei lavori d'attrito e del lavororichiesto dagliaccessori. Dipendenzadel rendimento organic odallavelocità dirotazione ,dalla pressionemedia indicatae dalla potenza utile.
Il riempimento deimotorialternat ivia 4ea 2 tempi. [8 ore]
Ilriempime nto deimotori a 4 tempi: considerazio ni generali, studio generali zzato e studio semplificato;dipendenza del coefficiente di riempimentodallavelocità di rota-zione,dalla velocità mediadellostantuffo, dall'indic edi Mach. Dimensionamento delle valvolee deicondotti. Ottimizzazionedella leggedialzata delle valvole. Influenza sul riempimento del motore da partedelle pulsazioninellacorrente.
Il riemp imentodei motori a2tempi:considerazionigenerali, i tre modellidilavaggio, calcolo del coefficient e di riempimento e del rendimento di lavaggio nei casi di
"progressiva e uniforme diluizione",di "stantuffo di gas"e di "corto-circuito"; loro dipendenza dalla velocità di rotazion ee dalle laminazioni all'alimentazione e allo scarico. Influenzasul riempimento del motore da parte dellepulsazioninella corrente.
Caratteristiche costruttiveedi funzionament odelcarter- pom pa.
Lacombustione neimotori adaccensione comandata. [4ore]
Influenza della temperatura edell adosaturasulla veloci tàdi reazio neesulla velocità
1995/96DL P (mee) 67
delfronte di fiamma. Propagazione delle fiamme laminari e delle fiamme turbolente:
influenza della velocità di rotazione e della velocità media dello stantuffo. La combu-stionein un ambiente chiuso. L'angolo di combustione e sua dipendenza dai parametri di funzionamento del motore. Influenza dell'angolo di combustione sui rendimenti e sullepressioni medie del motore. Caratteri sticadi regolazione e caratteristica mecca-nica dei motori ad accensione comandata: soluzione attuale e proposte per un suo
miglioramento. .
Anomaliedi combustionedei motoriad accensionecomandata. [4ore]
Modellodi combustione per frazioni successive. Caratteri organolettici e motoristici della detonazione. La teoria dell'onda esplosiva e quella dell'autoaccensione dell'end-gas. Misure ed esperimenti sulle macchine a compressione rapida e sui reattori termici.
Lavalutazione della resistenza alla detonazione dei carburanti in laboratorioe su strada.
Anomalie di accensione. Le principali qualità richieste a un carburante. Il"grado ter-mico"delle candele. L'apparato di accensione:cenni.
Lacombustione,e le sue anomalie,nei motori ad accensionepercompressione. [4ore]
Ilritardo di autoaccensione e l'accumulo di combustibile: dipendenza dalle caratteristi-chedi funzionamento del motore e dalle caratteristiche chimico-fisiche del combusti-bile. La ruvidezza di funzionamento del motore e l'accendibilità dei combustibili.
Caratteristica di regolazione e caratteristica meccanica dei motori ad accensione per compressione: confronto con i motori ad accensione comandata, attuali soluzioni migliorative della caratteristica meccanica, a pieno carico e ai carichi parziali.
L'apparato di iniezione dei motori ad accensione per compressione e ad accensione ' comandata. [4ore]
Esigenze dell'apparato di iniezione:fase, quantità, qualità. Schema dei principali tipi.
Iniezione diretta e iniezionein precamera:necessità e prestazioni. Principali tipi di iniettori. Schema della pompa Bosch in linea e dell'American Bosch rotati va. La rottura del getto iniettato e la sua polverizzazione: dipendenza dalla velocità di inie-zione,e dalla tensione superficiale e viscosità del combustibile. La penetrazione delle gocceiniettate e la loro distribuzione nella camera di combustione. Calcolo dei ritardi d'iniezione. Cenni sulla carburazione nei motori ad accensione comandata, mediante carburatore o mediante iniezione.
La sovralimentazione'dei motori alternativiacombustione interna. [4ore]
Sovralimentazione e alimentazione artificiale: generalità. La sovralimentazione dei motori a 4 tempi: pre- e post-alimentazione,e sovralimentazione di base:dipendenza delle prestazioni dal tipo di comando del compressore e dal tipo di alimentazione dell'eventuale turboespansore. La sovralirrìentazione dei motori a 2 tempi:prestazioni e problemi particolari. La sovralimentazione in campo automobilistico: problemi parti-colari.
Gli impianti di turbina a gas. [8ore]
Generalità; rendimento termico e lavoro massico del ciclo ideale e del ciclo limite, e loro dipendenza dal rapporto di compressione e dalla temperatura massima. Conglo-bamento dei rendimenti pneumatici nei rendimenti isentropici delle turbomacchine. Il rendimento termico globale e il lavoro massico utile,e loro dipendenza, nel caso di ciclo semplice, dal rapporto di compressionee dalla temperatura massima, oltreché dai rendimenti dei singoli componenti dell'impianto. Ciclo complesso con compressione inter-refrigerata: sua convenienza nel caso idealee nel caso reale. Ciclo complesso con espansione interrotta da ricombustione: sua convenienza nel caso ideale e nel caso .reale. Cicli rigenerativi ideali con efficacia della rigenerazione unitaria e con efficacia parziale. Cicli rigenerativi reali con diversa efficacia della rigenerazione :loro
presta-68 Corsidilaurea,Torino
zionialvariare del rapporto di compressione. Cicli rigenerativicomplessi:lanozione di efficacia minimadella rigenerazione.
Descrizione degli impianti di turbinaagas. [2ore]
L'impianto di turbina a gas: generalitàedisposizi one meccanica delle diverse turbo-macchine. Ilcombustore:costituzione e caratteristichedi funzionamento. La refrige-razionedellepalette del turboespan sore:soluzionicostruttive e prestazioni corrispon-denti.
Prestazioni degliimpiantiditurbinaa gas fuoridalle condizioni di progetto. [4ore]
Caratteris tica di regolazione di un impianto monoalber o semplice, di un impianto monoalbero con laminazione all'aspirazione, di un impianto bialbero con turbina di potenza sulla bassa pressione ,osulla altapressione, oinparallelo. Caratteristica di regolazione di un impiantoa ciclo chiusomediante variazione della massadi gas conte-nutanell'impianto stesso. .
Caratteristica meccanicadi un impianto monoalbero semplice e di un impiantobialbero con turbina di potenza sulla bassapressione. Altre soluzioni realizzate.
Cennisui motori a reazione. [2ore]
Generalità:spinta, impulso specifico,rendimentopropulsivo, consumospecifico della spinta.
Turboreattori: generalità, la pratica del doppio flusso. Autoreattori,endoreattori, pulso -reattori .
ESERCITAZIONI
Nel corso delle esercitazioni in aula,oltre alla soluzione di alcuni esercizi numerici su argomenti svolti a lezione,vengono trattati argomenti di carattere descrittivo(l.,3.,4.
e6.eserc.)e vengono svolte esercitazioni di calcolo(2.e 5.eserc.),come di seguito specificato.
l.esercitazione. [6ore]
Descrizionedei principali componenti di un motore alternativo a 4 tempi ad accensione comandata per trazione automobilistica.
Riproporzionamento di massima dell'apparato d'aspirazionedi un motore alternativo a 4 tempi.
2. esercitazione. [12ore]
Dimensionamento di massima del volano di un motore alternativo a 4 tempi ad accen-sione comandata per trazione automobilistica.
Calcolo del ciclo Otto convenzionale.
Calcolodella p.m.i., delle pressioni efficaci e delle pressionitangenziali.
Calcolodel lavoro motore e del lavoro resistente(motore monocilindrico e pluricilin-drico).
Calcolodel volano e della velocità angolare (motore monocilindricoe pluricilindr ico).
3.esercitazione . [8 ore]
Misure di potenza.
Apparecchiature per il rilievo della potenza: freni dinamometrici tarati e a reazione (meccanici, idraulici,elettrici); cenni su torsiometri e celle di carico;misure di velocità angolare.
Curve caratteristiche :caratteristica meccanica,caratteristica di regolazione, cubica di utilizzazione.
Correzione di potenza per motori Otto (a carburazione e ad iniezione) e per motori Diesel.
1995/96DL P(mec)
4.esercitazio ne. [2 ore]
Descrizione di un motore Diesel a 2tempi,lento, di tipo navale.
5.esercitazione. [8ore]
Dimensionamentodi massimadi un impiantoditurbinaa gas.
Calcolodeipuntiprincipali del ciclo (pressioni e temperature).
Calcolodei lavoridi compressione edi espansione.
Calcolo delleportatedi aria e dicombustibile.
Calcolo dellesuperficispecifiche degli scambiatori.
Calcolo delcicloentropico dell'impianto.
69
6.esercitazione..[4 ore]
Leemissioni di inquinanti: meccanismidiformazione, metodi per contenerlie dispo si-tiviper ridurli (reattori, trappole,etc.). Limiti di legge delle emissioniecicli diprova delle autovetture.
LABORATORIO
Èobbligatoriala sola frequenzadeilaboratori (6 ore, maaliDO'lo). Glistudenti verranno suddivisi insquadre di 10-15elementi;lacomposizionedelle squadre,ilcalendarioegliorari deilaboratori verra nnoaffissi concongruo anticipo nella bachecadeldipartimento diEnergetica.Glispostamenti da unasquadra a un'altra sono consentiti solo seconcordati preventivamcntccon il docente esercitatore.
1. Smontaggio e rimontaggio di un motore alternativo a 4 tempi. [2 ore]
2. Rilievodella caratteristica meccanica di un motore ad accensione comandata (Otto).
[2 ore]
3. Rilievo della caratteristica di regolazione di un motore ad accensione per compres-sione (Diesel). [2 ore]
BIBLIOGRAFIA
Non esiste un unico testo di riferimento che tratti tutti gli argomenti del corso esatta-mentecome a lezione;è consigliabile pertanto prendere appunti, anche se la maggior parte degli argomenti sono trattati in modo adeguato nell'insieme dei due testi:
E.Antonelli, Richiamidi termodinamicaapplicataalle macchine(Dispense).
A.Capetti, Motoritermici,UTET, Torino.
ESAME. L'esame si articola, di norma, su 3 domande riguardanti gli argomenti trattati alezione esu 1'-2 domande attinenti le esercitazioni in aula e/o in laboratorio. L'esame èin formaorale.
70