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Meccanismo biella-manovella

sistema per la trasformazione di moto rettilineo alternato in circolare e viceversa
Esempio di trasmissione del moto mediante biella-manovella: motore endotermico

Il manovellismo di spinta rotativa, comunemente conosciuto come meccanismo biella-manovella è un sistema per la trasformazione di moto rettilineo alternato in circolare e viceversa.

Indice

Composizione e tipologiaModifica

Tale meccanismo è costituito da tre elementi:

  • Manovella è collegata con una coppia rotoidale (albero motore) al telaio e alla testa di biella
  • Biella è collegato alla manovella e allo spinotto del pistone
  • Testacroce o Corsoio è l'elemento che evita la trasmissione di forze laterali al pistone, facendo scorrere il piede di biella lungo una linea retta e che collega la biella al pistone, facendo sì che il pistone sia soggetto solo a forze lungo l'asse di scorrimento

In alternativa il piede di biella può essere messo direttamente in collegamento con il pistone, senza l'uso del testacroce, infatti questo è il classico caso di maggiore applicazione del meccanismo.

Inoltre a seconda di come viene disposto l'asse di scorrimento del pistone il manovellismo può essere:[1]

  • Centrato, ovvero l'asse su cui scorre il pistone interseca l'asse dell'albero motore.
  • Decentrato o Obliquo quando quest'asse non interseca l'asse dell'albero motore, ma risulta spostato in avanti o indietro.

Vantaggi e svantaggi del meccanismo senza corsoioModifica

Con questo sistema si ha come vantaggio:

  • Minore ingombro, il corsoio è un elemento che richiede una sua sede di scorrimento e che aumenta le dimensioni del meccanismo.
  • Peso minore, richiedendo meno parti ed essendo quelle usate di minori dimensioni, si ha un sistema più leggero.

Con questo sistema si ha come svantaggio:

  • Ovalizzazione della sede pistone, questo fenomeno è d'importanza soprattutto nei motori termici o nei sistemi dove è previsto il trattamento di un fluido, dove si cerca la maggiore tenuta possibile del pistone e la migliore affidabilità nel tempo, ma risulta irrilevante nei macchinari dove questo meccanismo serve solo per la trasformazione di un movimento da rotatorio a lineare, come quelli dei demolitori.

UtilizzoModifica

 
Trapano a mano

Trova larghissima applicazione in numerosi elementi meccanici, dove i più comuni sono:

CaratteristicheModifica

La lunghezza del movimento rettilineo C (vedi figura), ovvero la corsa del pistone, è il doppio della lunghezza della manovella (raggio di rotazione) M.

 
Schema operativo di un manovellismo di spinta rotativa, munito di corsoio

Come si vede dalla figura, nella quale sono rappresentati incrementi costanti dell'arco di rotazione della manovella, gli spostamenti della testa di biella non sono proporzionali all'arco percorso dal piede; la relazione è sinusoidale, infatti se denominiamo B la lunghezza della biella, C la corsa del piede di biella, α l'angolo dalla manovella, e β l'angolo che la biella forma con l'asse del cilindro, risulta

 

dove β dipende dall'angolo della manovella α:

 

e quindi

 

In genere il rapporto tra raggio di manovella e lunghezza di biella viene indicato con:

 

e quindi, dalle formule della trigonometria:

 

ed infine, sostituendo la precedente nell'espressione di C, si ottiene la legge dello spostamento del pistone rispetto all'angolo di manovella:

 

D'altra parte, l'andamento del percorso è identica sia nel movimento di andata che di ritorno, a differenza ad esempio dal glifo rettilineo o del sistema biella-manovella obliqui.

Casi limiteModifica

Utilizzando bielle relativamente corte si ha uno spostamento della velocità massima verso il PMS, con una riduzione della velocità nei pressi del PMI, mentre la velocità media rimane la medesima, come assurdo si può arrivare ad adoperare una biella di lunghezza pari alla metà della corsa dell'albero a gomiti (perciò pari alla manovella), il che conferisce una velocità pari a zero da 90° dopo il PMS fino a 90° dopo il PMI, con passaggio repentino dalla nulla alla velocità massima.

Sistemi similiModifica

Il sistema biella manovella nel corso del tempo ha presentato alcune variazioni come il Ciclo Atkinson o altri sistemi che modificano la velocità del pistone a seconda della fase di funzionamento del motore[5] o che derivano dal sistema Atkinson, come il sistema ExLink (Extended Expansion Linkage Engine)[6]

NoteModifica

Voci correlateModifica

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