Prefazione all edizione italiana Ringraziamenti xix Simboli xxi Parte 1 Fondamenti 2 1 Introduzione 3 xvii 1 1 Il progetto 4 1 2 La progettazione meccanica 5 1 3 Iterazione tra le fasi del progetto meccanico 9 1 4 Ausili alla progettazione e risorse 12 1 5 Le responsabilità professionali del progettista meccanico 14 1 6 Le norme e l unificazione 16 1 7 Considerazioni economiche 17 1 8 La sicurezza e la responsabilità del prodotto 19 1 9 L adeguatezza ai compiti richiesti 19 1 10 Incertezze 20 1 11 Stati tensionali e deformativi 22 1 12 Fattore di progetto e coefficiente di sicurezza 24 1 13 Affidabilità 26 1 14 Unità di misura e unità da preferirsi 27 1 15 Calcoli e cifre significative 29 Problemi 30 2 Considerazioni statistiche 33 2 1 Variabili casuali 33 2 2 Media aritmetica, varianza e deviazione standard 35 2 3 Distribuzioni di probabilità 40 2 4 Propagazione degli errori 47 2 5 Regressione lineare 49 2 6 Sistema di accoppiamenti ISO 52 2 7 Tolleranze dimensionali 55 Problemi 59 3 Materiali 63 3 1 Resistenza e rigidezza del materiale 63 3 2 L importanza statistica delle proprietà del materiale 66 3 3 Resistenza e lavorazioni a freddo 67 3 4 Durezza 70 3 5 Resistenza all urto (resilienza) 72 3 6 Effetti della temperatura 73 3 7 Sistemi di designazione negli USA 75 3 8 Fusione in terra 76 3 9 Formatura in conchiglia (procedimento Croning) 76 3 10 Microfusione 77 3 11 Metallurgia delle polveri 77 3 12 Processi di lavorazione a caldo 77 3 13 Processi di lavorazione a freddo 78 3 14 Trattamento termico dell acciaio 79 3 15 Acciai legati 82 3 16 Acciai resistenti alla corrosione 83 3 17 Materiali per fonderia 83 3 18 Metalli non ferrosi 85 3 19 Plastiche 88 3 20 Materiali compositi 89 Problemi 90 4 Analisi dei carichi e delle tensioni e deformazioni 93 4 1 Equilibrio e modelli di corpo libero 93 4 2 Taglio e momento flettente nelle travi 93 4 3 Funzioni singolari 98 4 4 Tensione 100 4 5 Componenti cartesiane di tensione 101 4 6 Circoli di Mohr per uno stato di tensione piano 102 4 7 Generico stato di tensione tridimensionale 108 4 8 Deformazione elastica 109 4 9 Tensioni uniformemente distribuite 110 4 10 Tensioni normali in travi soggette a momento flettente 111 4 11 Travi con sezioni asimmetriche 116 4 12 Tensioni tangenziali in travi soggette a flessione 117 xi
xii Progetto e costruzione di macchine 4 13 Torsione 122 4 14 Concentrazione di tensioni 130 4 15 Tensioni nei cilindri in pressione 133 4 16 Tensioni nei dischi rotanti 136 4 17 Accoppiamenti forzati alla pressa e a caldo 136 4 18 Effetti della temperatura 138 4 19 Travi curve soggette a flessione 139 4 20 Tensioni di contatto 145 4 21 Sommario 150 Problemi 150 5 Flessibilità e rigidezza 159 5 1 Rigidezza delle molle 159 5 2 Trazione, compressione e torsione 160 5 3 Deformata dovuta a momento 161 5 4 Metodi per determinare la deformata di una trave 164 5 5 Calcolo della deformata con il metodo di sovrapposizione degli effetti 164 5 6 Calcolo della deformata mediante funzioni di singolarità 167 5 7 Energia di deformazione 171 5 8 Il teorema di Castigliano 173 5 9 Deformate di travi curve 178 5 10 Problemi staticamente indeterminati 183 5 11 Travi in compressione: caso generale 188 5 12 Travi lunghe con asse del carico baricentrico 189 5 13 Aste compresse di media lunghezza con asse del carico baricentrico 192 5 14 Aste con carico eccentrico 193 5 15 Puntoni o travi corte in compressione 196 5 16 Urti e impatti 198 5 17 Carico applicato improvvisamente 199 Problemi 202 Parte 2 Prevenzione dei guasti 210 6 Guasti a seguito di carichi statici 211 6 1 Resistenza ai carichi statici 217 6 2 Concentrazione delle tensioni 217 6 3 Criteri di resistenza 219 6 4 Criterio della tensione tangenziale massima per materiali duttili 220 6 5 Criterio dell energia di distorsione per materiali duttili 222 6 6 Criterio di Mohr-Coulomb per materiali duttili 227 6 7 Sintesi delle tipologie di guasto dei materiali duttili 230 6 8 Criterio della massima tensione principale per materiali fragili 233 6 9 Estensione del criterio di Mohr ai materiali fragili 234 6 10 Sintesi delle tipologie di guasto dei materiali fragili 237 6 11 Scelta del criterio di resistenza ottimale 238 6 12 Alberi soggetti a carichi statici o quasi statici 238 6 13 Introduzione alla meccanica della frattura 241 6 14 Analisi stocastica 251 Problemi 257 7 Resistenza a fatica, causata da carichi variabili nel tempo 261 7 1 Introduzione alla fatica nei metalli 261 7 2 Il calcolo a resistenza a fatica nell analisi e nella progettazione 267 7 3 Metodi per il calcolo della vita a fatica 268 7 4 Calcolo della vita a fatica a tensione 268 7 5 Calcolo della vita a fatica a deformazione 271 7 6 Meccanica della frattura lineare ed elastica 275 7 7 Il limite di fatica 278 7 8 Resistenza a fatica 280 7 9 Fattori che modificano il limite di fatica 282 7 10 Concentrazione degli sforzi e sensibilità all intaglio 290 7 11 Caratterizzazione di cicli di tensioni sinusoidali 298 7 12 Criteri di rottura a fatica con tensioni oscillanti 300 7 13 Carico affaticante di torsione con tensioni oscillanti 314 7 14 Combinazione dei modi di carico 315 7 15 Tensioni oscillanti variabili; fatica per danno cumulativo 318 7 16 Resistenza a fatica superficiale 323 7 17 Analisi stocastica 326 Problemi 340 Sommario delle Parti 1 e 2 343
xiii Parte 3 Dimensionamento di elementi meccanici 344 8 Viti, dispositivi di fissaggio e collegamenti scioglibili 345 8 1 Definizioni e filettature standard 345 8 2 La meccanica delle viti di potenza 349 8 3 Organi di collegamento filettati 356 8 4 Giunti: rigidezza del dispositivo di collegamento 358 8 5 Giunti: rigidezza delle parti da collegare 361 8 6 Resistenza dei bulloni 364 8 7 Giunti sottoposti a trazione: effetto del carico esterno su viti e parti collegate 368 8 8 Relazione fra coppia di serraggio e tensione nelle viti 369 8 9 Giunto con precarico sollecitato staticamente 372 8 10 Giunti con guarnizioni 375 8 11 Giunti sollecitati a fatica 375 8 12 Giunti sottoposti a taglio 380 8 13 Viti di arresto 385 8 14 Chiavette e spine 386 8 15 Considerazioni stocastiche 392 Problemi 393 9 Saldatura e progettazione di collegamenti permanenti 397 9 1 Simbologia 397 9 2 Saldature di testa e d angolo 399 9 3 Sollecitazioni nelle saldature sottoposte a torsione 402 9 4 Sollecitazioni nelle saldature sottoposte a flessione 406 9 5 Resistenza delle giunzioni saldate 408 9 6 Sollecitazioni statiche 411 9 7 Sollecitazioni affaticanti 415 9 8 Saldature a resistenza elettrica 416 9 9 Giunti chiodati e rivettati sottoposti a taglio 417 9 10 Incollaggio 421 Problemi 429 10 Molle meccaniche 431 10 1 Sollecitazioni nelle molle a elica 431 10 2 L effetto della curvatura 432 10 3 Deformazione delle molle a elica 433 10 4 Le molle di compressione 433 10 5 Stabilità 434 10 6 Materiali per molle 435 10 7 Progettazione di molle di compressione a elica sollecitate staticamente 440 10 8 Frequenza critica delle molle a elica 445 10 9 Sollecitazione a fatica di molle di compressione a elica 447 10 10 Progettazione di molle di compressione a elica sottoposte a fatica 450 10 11 Molle a trazione 453 10 12 Molle di torsione a elica 460 10 13 Molle Belleville 467 10 14 Molle speciali 468 10 15 Sommario 469 Problemi 470 11 Cuscinetti a rotolamento 473 11 1 Tipi di cuscinetto 474 11 2 Durata dei cuscinetti 476 11 3 Capacità di carico dei cuscinetti ad affidabilità di base 477 11 4 Sopravvivenza dei cuscinetti: affidabilità rispetto alla durata 478 11 5 Carico di riferimento, vita e affidabilità 480 11 6 Combinazione di caricamento radiale e assiale 481 11 7 Caricamento variabile 486 11 8 Scelta dei cuscinetti a sfere e a rulli cilindrici 490 11 9 Scelta dei cuscinetti a rulli conici 492 11 10 Indicazioni di progetto per la scelta dei cuscinetti volventi obliqui 502 11 11 Lubrificazione 506 11 12 Montaggio e schermi 507 Problemi 511 12 Lubrificazione e cuscinetti portanti 513 12 1 Tipi di lubrificazione 513 12 2 Viscosità 514 12 3 Equazione di Petroff 516 12 4 Lubrificazione stabile 517 12 5 Lubrificazione a film spesso 518 12 6 Teoria della lubrificazione idrodinamica 519
xiv Progetto e costruzione di macchine 12 7 Considerazioni progettuali 524 12 8 Le relazioni tra le variabili 525 12 9 Condizioni di stazionarietà nei cuscinetti indipendenti 537 12 10 Gioco 541 12 11 Cuscinetti ad alimentazione forzata 542 12 12 Carichi e materiali 548 12 13 Tipi di cuscinetto 550 12 14 Cuscinetti reggispinta 551 12 15 Cuscinetti in condizioni di lubrificazione limite 552 Problemi 561 13 Ruote dentate: generalità 563 13 1 Tipi di ruote dentate 563 13 2 Nomenclatura 564 13 3 Azione coniugata 566 13 4 Proprietà dell evolvente 567 13 5 Concetti fondamentali 567 13 6 Rapporto di ricoprimento 573 13 7 Interferenza 574 13 8 Fabbricazione delle ruote dentate 576 13 9 Ruote coniche a denti diritti 578 13 10 Ruote dentate elicoidali ad assi paralleli 579 13 11 Coppia ruota elicoidale-vite senza fine 583 13 12 Sistemi di dentatura 584 13 13 Rotismi 586 13 14 Analisi dei carichi: trasmissione con ingranaggi cilindrici a denti diritti 591 13 15 Analisi dei carichi: trasmissione con ingranaggi conici 593 13 16 Analisi dei carichi: trasmissione con ingranaggi cilindrici a denti elicoidali 596 13 17 Analisi dei carichi: trasmissione con ruota elicoidale e vite senza fine 598 Problemi 604 14 Ruote dentate cilindriche a denti diritti e a denti elicoidali 609 14 1 Calcolo a flessione secondo Lewis 609 14 2 Calcolo contro l usura 618 14 3 Calcolo delle tensioni secondo AGMA 620 14 4 Calcolo a resistenza secondo AGMA 621 14 5 Fattori geometrici I e J (Z I e Y J ) 626 14 6 Coefficiente elastico C p (Z E ) 631 14 7 Coefficiente dinamico K v 632 14 8 Coefficiente di sovraccarico K o 632 14 9 Coefficiente di stato superficiale C f (Z R ) 633 14 10 Fattore dimensionale K s 633 14 11 Coefficiente di distribuzione del carico K m (K H ) 634 14 12 Coefficiente del rapporto di durezza C H (Z W ) 636 14 13 Coefficienti di vita Y N e Z N per cicli di carico 636 14 14 Coefficiente di affidabilità K R (Y Z ) 638 14 15 Coefficiente di temperatura K T (Y θ ) 638 14 16 Coefficiente dello spessore della corona K B 638 14 17 Coefficienti di sicurezza S F e S H 639 14 18 Analisi 639 14 19 Progettazione di un ingranaggio 649 Problemi 654 15 Ingranaggi conici e a vite 657 15 1 Introduzione agli ingranaggi conici 657 15 2 Tensioni e resistenza degli ingranaggi conici 659 15 3 Coefficienti delle equazioni AGMA 662 15 4 Calcolo di ruote coniche a denti diritti 673 15 5 Progetto di ingranaggi conici a denti diritti 676 15 6 Equazioni AGMA per le ruote a vite senza fine 679 15 7 Analisi delle ruote a vite senza fine 683 15 8 Progetto di ingranaggi a vite senza fine 687 15 9 Calcolo a usura secondo Buckingham 691 Problemi 692 16 Frizioni, freni, innesti e volani 695 16 1 Analisi statica di frizioni e freni 696 16 2 Frizioni e freni con ganasce interne espandibili 700 16 3 Frizioni e freni con ganasce esterne abbraccianti 709 16 4 Frizioni e freni a nastro 712 16 5 Frizioni a contatto assiale 713 16 6 Freni a disco 717 16 7 Frizioni e freni a cono 722 16 8 Considerazioni energetiche 724
xv 16 9 Incremento di temperatura 725 16 10 Materiali di attrito 728 16 11 Frizioni e innesti vari 731 16 12 Volani 733 Problemi 738 17 Elementi meccanici flessibili 741 17 1 Cinghie 741 17 2 Trasmissioni a cinghie piatte e tonde 745 17 3 Cinghie trapezoidali 761 17 4 Cinghie dentate 770 17 5 Catene a rulli 771 17 6 Funi metalliche 780 17 7 Alberi flessibili 788 Problemi 789 18 Alberi e assi 793 18 1 Introduzione 793 18 2 Limitazioni geometriche 799 18 3 Calcolo a resistenza 805 18 4 Calcolo a resistenza: altri metodi 811 18 5 Materiali per alberi 815 18 6 Alberi cavi 816 18 7 Velocità critiche 816 18 8 Progetto di alberi 822 Problemi 823 Appendici A Tabelle utili 827 B Soluzioni dei problemi 873 Indice analitico 883