3 2 L importanza statistica delle proprietà

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1 Prefazione all edizione italiana Ringraziamenti xix Simboli xxi Parte 1 Fondamenti 2 1 Introduzione 3 xvii 1 1 Il progetto La progettazione meccanica Iterazione tra le fasi del progetto meccanico Ausili alla progettazione e risorse Le responsabilità professionali del progettista meccanico Le norme e l unificazione Considerazioni economiche La sicurezza e la responsabilità del prodotto L adeguatezza ai compiti richiesti Incertezze Stati tensionali e deformativi Fattore di progetto e coefficiente di sicurezza Affidabilità Unità di misura e unità da preferirsi Calcoli e cifre significative 29 Problemi 30 2 Considerazioni statistiche Variabili casuali Media aritmetica, varianza e deviazione standard Distribuzioni di probabilità Propagazione degli errori Regressione lineare Sistema di accoppiamenti ISO Tolleranze dimensionali 55 Problemi 59 3 Materiali Resistenza e rigidezza del materiale L importanza statistica delle proprietà del materiale Resistenza e lavorazioni a freddo Durezza Resistenza all urto (resilienza) Effetti della temperatura Sistemi di designazione negli USA Fusione in terra Formatura in conchiglia (procedimento Croning) Microfusione Metallurgia delle polveri Processi di lavorazione a caldo Processi di lavorazione a freddo Trattamento termico dell acciaio Acciai legati Acciai resistenti alla corrosione Materiali per fonderia Metalli non ferrosi Plastiche Materiali compositi 89 Problemi 90 4 Analisi dei carichi e delle tensioni e deformazioni Equilibrio e modelli di corpo libero Taglio e momento flettente nelle travi Funzioni singolari Tensione Componenti cartesiane di tensione Circoli di Mohr per uno stato di tensione piano Generico stato di tensione tridimensionale Deformazione elastica Tensioni uniformemente distribuite Tensioni normali in travi soggette a momento flettente Travi con sezioni asimmetriche Tensioni tangenziali in travi soggette a flessione 117 xi

2 xii Progetto e costruzione di macchine 4 13 Torsione Concentrazione di tensioni Tensioni nei cilindri in pressione Tensioni nei dischi rotanti Accoppiamenti forzati alla pressa e a caldo Effetti della temperatura Travi curve soggette a flessione Tensioni di contatto Sommario 150 Problemi Flessibilità e rigidezza Rigidezza delle molle Trazione, compressione e torsione Deformata dovuta a momento Metodi per determinare la deformata di una trave Calcolo della deformata con il metodo di sovrapposizione degli effetti Calcolo della deformata mediante funzioni di singolarità Energia di deformazione Il teorema di Castigliano Deformate di travi curve Problemi staticamente indeterminati Travi in compressione: caso generale Travi lunghe con asse del carico baricentrico Aste compresse di media lunghezza con asse del carico baricentrico Aste con carico eccentrico Puntoni o travi corte in compressione Urti e impatti Carico applicato improvvisamente 199 Problemi 202 Parte 2 Prevenzione dei guasti Guasti a seguito di carichi statici Resistenza ai carichi statici Concentrazione delle tensioni Criteri di resistenza Criterio della tensione tangenziale massima per materiali duttili Criterio dell energia di distorsione per materiali duttili Criterio di Mohr-Coulomb per materiali duttili Sintesi delle tipologie di guasto dei materiali duttili Criterio della massima tensione principale per materiali fragili Estensione del criterio di Mohr ai materiali fragili Sintesi delle tipologie di guasto dei materiali fragili Scelta del criterio di resistenza ottimale Alberi soggetti a carichi statici o quasi statici Introduzione alla meccanica della frattura Analisi stocastica 251 Problemi Resistenza a fatica, causata da carichi variabili nel tempo Introduzione alla fatica nei metalli Il calcolo a resistenza a fatica nell analisi e nella progettazione Metodi per il calcolo della vita a fatica Calcolo della vita a fatica a tensione Calcolo della vita a fatica a deformazione Meccanica della frattura lineare ed elastica Il limite di fatica Resistenza a fatica Fattori che modificano il limite di fatica Concentrazione degli sforzi e sensibilità all intaglio Caratterizzazione di cicli di tensioni sinusoidali Criteri di rottura a fatica con tensioni oscillanti Carico affaticante di torsione con tensioni oscillanti Combinazione dei modi di carico Tensioni oscillanti variabili; fatica per danno cumulativo Resistenza a fatica superficiale Analisi stocastica 326 Problemi 340 Sommario delle Parti 1 e 2 343

3 xiii Parte 3 Dimensionamento di elementi meccanici Viti, dispositivi di fissaggio e collegamenti scioglibili Definizioni e filettature standard La meccanica delle viti di potenza Organi di collegamento filettati Giunti: rigidezza del dispositivo di collegamento Giunti: rigidezza delle parti da collegare Resistenza dei bulloni Giunti sottoposti a trazione: effetto del carico esterno su viti e parti collegate Relazione fra coppia di serraggio e tensione nelle viti Giunto con precarico sollecitato staticamente Giunti con guarnizioni Giunti sollecitati a fatica Giunti sottoposti a taglio Viti di arresto Chiavette e spine Considerazioni stocastiche 392 Problemi Saldatura e progettazione di collegamenti permanenti Simbologia Saldature di testa e d angolo Sollecitazioni nelle saldature sottoposte a torsione Sollecitazioni nelle saldature sottoposte a flessione Resistenza delle giunzioni saldate Sollecitazioni statiche Sollecitazioni affaticanti Saldature a resistenza elettrica Giunti chiodati e rivettati sottoposti a taglio Incollaggio 421 Problemi Molle meccaniche Sollecitazioni nelle molle a elica L effetto della curvatura Deformazione delle molle a elica Le molle di compressione Stabilità Materiali per molle Progettazione di molle di compressione a elica sollecitate staticamente Frequenza critica delle molle a elica Sollecitazione a fatica di molle di compressione a elica Progettazione di molle di compressione a elica sottoposte a fatica Molle a trazione Molle di torsione a elica Molle Belleville Molle speciali Sommario 469 Problemi Cuscinetti a rotolamento Tipi di cuscinetto Durata dei cuscinetti Capacità di carico dei cuscinetti ad affidabilità di base Sopravvivenza dei cuscinetti: affidabilità rispetto alla durata Carico di riferimento, vita e affidabilità Combinazione di caricamento radiale e assiale Caricamento variabile Scelta dei cuscinetti a sfere e a rulli cilindrici Scelta dei cuscinetti a rulli conici Indicazioni di progetto per la scelta dei cuscinetti volventi obliqui Lubrificazione Montaggio e schermi 507 Problemi Lubrificazione e cuscinetti portanti Tipi di lubrificazione Viscosità Equazione di Petroff Lubrificazione stabile Lubrificazione a film spesso Teoria della lubrificazione idrodinamica 519

4 xiv Progetto e costruzione di macchine 12 7 Considerazioni progettuali Le relazioni tra le variabili Condizioni di stazionarietà nei cuscinetti indipendenti Gioco Cuscinetti ad alimentazione forzata Carichi e materiali Tipi di cuscinetto Cuscinetti reggispinta Cuscinetti in condizioni di lubrificazione limite 552 Problemi Ruote dentate: generalità Tipi di ruote dentate Nomenclatura Azione coniugata Proprietà dell evolvente Concetti fondamentali Rapporto di ricoprimento Interferenza Fabbricazione delle ruote dentate Ruote coniche a denti diritti Ruote dentate elicoidali ad assi paralleli Coppia ruota elicoidale-vite senza fine Sistemi di dentatura Rotismi Analisi dei carichi: trasmissione con ingranaggi cilindrici a denti diritti Analisi dei carichi: trasmissione con ingranaggi conici Analisi dei carichi: trasmissione con ingranaggi cilindrici a denti elicoidali Analisi dei carichi: trasmissione con ruota elicoidale e vite senza fine 598 Problemi Ruote dentate cilindriche a denti diritti e a denti elicoidali Calcolo a flessione secondo Lewis Calcolo contro l usura Calcolo delle tensioni secondo AGMA Calcolo a resistenza secondo AGMA Fattori geometrici I e J (Z I e Y J ) Coefficiente elastico C p (Z E ) Coefficiente dinamico K v Coefficiente di sovraccarico K o Coefficiente di stato superficiale C f (Z R ) Fattore dimensionale K s Coefficiente di distribuzione del carico K m (K H ) Coefficiente del rapporto di durezza C H (Z W ) Coefficienti di vita Y N e Z N per cicli di carico Coefficiente di affidabilità K R (Y Z ) Coefficiente di temperatura K T (Y θ ) Coefficiente dello spessore della corona K B Coefficienti di sicurezza S F e S H Analisi Progettazione di un ingranaggio 649 Problemi Ingranaggi conici e a vite Introduzione agli ingranaggi conici Tensioni e resistenza degli ingranaggi conici Coefficienti delle equazioni AGMA Calcolo di ruote coniche a denti diritti Progetto di ingranaggi conici a denti diritti Equazioni AGMA per le ruote a vite senza fine Analisi delle ruote a vite senza fine Progetto di ingranaggi a vite senza fine Calcolo a usura secondo Buckingham 691 Problemi Frizioni, freni, innesti e volani Analisi statica di frizioni e freni Frizioni e freni con ganasce interne espandibili Frizioni e freni con ganasce esterne abbraccianti Frizioni e freni a nastro Frizioni a contatto assiale Freni a disco Frizioni e freni a cono Considerazioni energetiche 724

5 xv 16 9 Incremento di temperatura Materiali di attrito Frizioni e innesti vari Volani 733 Problemi Elementi meccanici flessibili Cinghie Trasmissioni a cinghie piatte e tonde Cinghie trapezoidali Cinghie dentate Catene a rulli Funi metalliche Alberi flessibili 788 Problemi Alberi e assi Introduzione Limitazioni geometriche Calcolo a resistenza Calcolo a resistenza: altri metodi Materiali per alberi Alberi cavi Velocità critiche Progetto di alberi 822 Problemi 823 Appendici A Tabelle utili 827 B Soluzioni dei problemi 873 Indice analitico 883