La progettazione meccanica è uno dei principali settori dell’ingegneria ed infatti riguarda la concezione, il progetto, lo sviluppo, il miglioramento e l’applicazione delle macchine e degli apparati meccanici di ogni genere.
La sostanza dell’ingegneria è l’utilizzazione delle risorse e delle leggi della natura per il beneficio dell’umanità.
L’ingegneria è una scienza applicata, nel senso che riguarda la comprensione dei principi scientifici e la loro applicazione per raggiungere determinati obiettivi.
Per molti studenti, il corso di Costruzione di macchine è uno dei primi corsi a carattere professionale, diverso quindi dai corsi di base di scienze e matematica.
L’ingegneria professionale riguarda lo studio di soluzioni di problemi pratici.
Queste soluzioni devono riflettere la comprensione delle relative scienze, ma normalmente questa comprensione non è sufficiente; sono necessarie anche una conoscenza empirica ed un “buon senso ingegneristico”.
Per esempio, gli scienzia ti non comprendono completamente l’elettricità, ma ciò non impedisce che gli ingegneri elettrici sviluppino apparecchiature elettriche molto utili.
Analogamen te, gli scienziati non comprendono completamente i processi di combustione o la fatica dei metalli, ma gli ingegneri meccanici usano le conoscenze disponibili per sviluppare apparecchiature di combustione molto utili.
Man mano che la compren sione scientifica evolve, gli ingegneri sono capaci di elaborare soluzioni migliori di problemi pratici.
D’altra parte, i procedimenti seguiti dagli ingegneri per risolve re i problemi spesso evidenziano aree particolarmente adatte ad una maggiore attività di ricerca scientifica.
C’è una notevole analogia tra l’ingegnere ed il medico. Nessuno dei due è uno scienziato, il cui interesse primario riguarda la scoperta delle leggi fondamentali della natura, ma ambedue usano la conoscenza scientifi ca, integrata da un’informazione empirica e da un buon senso professionale, per risolvere problemi immediati ed urgenti.
A causa della natura professionale dell’argomento, la maggior parte dei proble mi della progettazione meccanica non hanno una sola soluzione giusta.
Si conside ri, ad esempio, il problema di progettare un frigorifero per casa.
Vi sono un’infinità di soluzioni possibili, nessuna delle quali può essere considerata una soluzione “sbagliata”.
Ma, tra le soluzioni “corrette”, alcune sono ovviamente migliori delle altre perchè riflettono una conoscenza più sofisticata della tecnologia relativa, una concezione più ingegnosa del progetto di base, una più efficace ed economica utilizzazione della tecnologia di produzione esistente, un aspetto più piacevole, e così via.
E’ precisamente a questo punto, quindi, che si evidenzia la sfida e lo stimolo della moderna ingegneria.
Gli ingegneri oggi devono affrontare il progetto e lo sviluppo di prodotti per una società diversa da quelle passate e possiedono una conoscenza più profonda di quella posseduta dagli ingegneri che li hanno preceduti.
Quindi essi sono capaci di produrre soluzioni decisamente migliori per soddi sfare le esigenze odierne. Quanto migliori dipende dal loro ingegno, dalla fantasia, dalla profondità nella comprensione delle esigenze relative, dalla tecnologia su cui si basano le soluzioni, e così via.
Anche nel progetto di un singolo bullone o di una molla, l’ingegnere deve usare la migliore competenza scientifica disponibile, insieme con l’informazione empirica, il buon senso e spesso un certo grado di ingegnosità, per progettare il prodotto migliore per la società attuale.
Le considerazioni tecniche circa il progetto di un componente meccanico sono largamente centrate su due aspetti:
- le relazioni tensione-deformazione-resisten za che riguardano il volume di un corpo solido
- i fenomeni superficiali comprendenti attrito, lubrificazione, usura e deterioramento prodotto dall’ambien te circostante.
Quando l’ingegnere considera una macchina completa, invariabilmente trova che i requisiti ed i vincoli dei vari componenti sono tra loro interconnessi.
Il progetto di una molla di una valvola di un motore per un’automobile, per esempio, dipende dallo spazio concesso alla molla.
Questo, d’altra parte, rappresenta un compromesso con lo spazio necessario per l’apertura della valvola, i passaggi del fluido refrigerante, l’ingombro della candela e così via.
Questa situazione aggiunge una dimensione completamente nuova all’immaginazione e all’ingegnosità richie ste agli ingegneri quando essi cercano di determinare un progetto ottimale con una combinazione di componenti interconnessi.
Oltre alle considerazioni tecniche ed economiche fondamentali per il progetto e lo sviluppo di componenti e sistemi meccanici, l’ingegnere moderno viene coinvolto sempre più in aspetti legati alla sicurezza, l’ecologia, e, più in generale, la “qualità della vita”.
