7 meccanismi che hanno contribuito al progresso tecnico dell’umanità

Al giorno d’oggi, tutti noi siamo abituati a guidare un’automobile, ad illuminare ambienti oscuri cliccando un semplice interruttore o ad usare il calore (che sia una fiamma o l’effetto dell’induzione elettromagnetica) per cucinare. Eppure, tutto ciò che noi diamo per scontato è stato, ai tempi, una scoperta rivoluzionaria per il genere umano. Pensiamo banalmente, con riferimento alle azioni precedentemente elencate, all’invenzione della ruota o alla scoperta del fuoco. Tappe fondamentali del progresso tecnico umano, senza le quali non saremmo dove siamo.

Ogni epoca storica ha le sue innovazioni scientifiche che la contraddistinguono, probabilmente fra 100 anni l’auto elettrica sarà un mezzo quasi “datato” e magari andare sulla Luna sarà quasi come prendere un aereo. Questo discorso vale in tutti gli ambiti tecnico-scientifici, dunque anche a livello meccanico. Ora ci muoviamo con mezzi (aerei o treni a levitazione magnetica) che ci permettono di arrivare dall’altra parte del mondo in poche ore, ma solamente un secolo fa tutto ciò era impensabile. I primissimi mezzi di trasporto a trazione non animale, rivoluzionari per l’epoca, avevano delle prestazioni che allo stato attuale risulterebbero assolutamente scadenti.

Ma è l’essenza del progresso, ed è semplicemente inevitabile che sia così, non potrebbe essere altrimenti. Nel caso della meccanica, spesso e volentieri bastano un congegno o un ingranaggio particolari a permettere un incredibile sviluppo tecnico in numerose applicazioni pratiche. Ecco a voi, quindi, una lista dei 7 meccanismi che hanno contribuito al progresso scientifico dell’umanità.

1 – il giunto cardanico (o universale)

Il primo dei 7 meccanismi che hanno contribuito al progresso tecnico dell’umanità è il giunto cardanico, noto anche come giunto universale. Si tratta di un accoppiamento meccanico utilizzato per collegare due alberi che non sono in linea retta e consentire la trasmissione della coppia e della rotazione tra di loro. È comunemente utilizzato nelle applicazioni automobilistiche, industriali e dei macchinari in cui sono richieste flessibilità e tolleranza al disallineamento.

Quando la coppia viene applicata a un albero, fa ruotare il giunto centrale del meccanismo. Quando il ragno ruota, tiene conto del disallineamento angolare tra gli alberi collegati. I cuscinetti ad aghi nei gioghi e nel ragno consentono una rotazione regolare e riducono al minimo l’attrito. I giunti universali offrono diversi vantaggi, fra cui il poter compensare il disallineamento angolare tra i due alberi (seppur limitatamente), un design compatto e la limitazione delle vibrazioni.

2 – la ruota dentata elicoidale (o “vite senza fine”)

Proseguiamo la rassegna dei 7 meccanismi che hanno contribuito al progresso tecnico dell’umanità con la vite senza fine. Questo è un tipo di sistema di ingranaggi meccanici costituito da un ingranaggio a vite filettato, noto come vite senza fine, e un ingranaggio dentato, chiamato ruota elicoidale o ingranaggio a vite senza fine. È un tipo di meccanismo di trasmissione di potenza utilizzato per trasferire il moto rotatorio tra due alberi perpendicolari.

L’ingranaggio a vite senza fine ha una filettatura elicoidale che ricorda una vite, mentre la ruota elicoidale ha denti che ingranano con la vite senza fine. La vite senza fine è tipicamente l’ingranaggio conduttore e la ruota elicoidale è l’ingranaggio condotto. Quando la vite senza fine ruota, fa ruotare anche la ruota elicoidale.

Una delle caratteristiche distintive di un ingranaggio a vite senza fine è la sua capacità di fornire elevati rapporti di riduzione degli ingranaggi. Ciò significa che per ogni rotazione della vite senza fine, la ruota elicoidale compie solo una frazione di giro. Il rapporto di trasmissione è determinato dal numero di denti della ruota elicoidale e dal passo della filettatura della vite senza fine.

Gli ingranaggi a vite senza fine sono comunemente utilizzati in varie applicazioni in cui sono richieste coppia elevata e bassa velocità, come in macchinari, sistemi di guida automobilistici, ascensori, sistemi di trasporto e alcuni robot industriali.

3 – le ruote coniche (o coppia conica)

Proseguiamo l’elenco con le ruote (o coppia) coniche, un tipo di ingranaggi utilizzati nei sistemi meccanici per trasmettere potenza e movimento tra alberi che si intersecano. Sono costituiti da due ingranaggi con denti di forma conica, che consente loro di ingranare insieme ad angolo. L’angolo tra gli alberi può essere qualsiasi valore diverso da 0 o 180 gradi. I denti degli ingranaggi conici sono tagliati sulla superficie conica e possono avere forme rettilinee, a spirale o ipoidi. I meccanismi conici dritti hanno denti dritti e rastremati verso l’apice del cono.

Gli ingranaggi conici a spirale hanno denti curvi, simili a un’elica, e forniscono un funzionamento più fluido e meno rumore rispetto agli ingranaggi conici dritti. Quelli conici ipoidi hanno assi sfalsati e possono trasmettere il movimento tra alberi non intersecanti e non paralleli. Gli ingranaggi conici sono comunemente usati in varie applicazioni, inclusi differenziali automobilistici, utensili elettrici, macchinari industriali e sistemi di propulsione marina. Sono progettati per trasmettere il movimento in modo fluido ed efficiente mentre assecondano i cambiamenti di direzione e velocità. Il tipo specifico di ingranaggio conico utilizzato dipende dai requisiti dell’applicazione, come capacità di coppia, velocità e livelli di rumorosità.

4 – il giunto Schmidt

Fra i 7 meccanismi che hanno contribuito al progresso tecnico dell’umanità c’è il giunto Schmidt, collegamento meccanico multipezzo per alberi che sono stati inventati per trasmettere la coppia tra alberi sfalsati nei gruppi di trasmissione di potenza meccanica. Sono in grado di trasmettere la coppia al variare della distanza tra i centri dell’albero. L’offset dell’albero può essere regolato anche in esercizio, infatti il giunto continuerà a trasmettere rotazione/coppia durante qualsiasi regolazione.

Il design prevede tre dischi che si connettono tramite gruppi di collegamenti, di solito tre per lato ma a volte di più nelle applicazioni per impieghi gravosi. Il disco centrale galleggia tra i due dischi montati sull’albero durante la rotazione del gruppo di accoppiamento. I giunti Schmidt sono ampiamente applicati nelle macchine dotate di rulli nei settori della lavorazione del legno, dell’imballaggio, della carta, della trasformazione e della stampa. Forniscono un azionamento compatto con la capacità di accogliere alberi non paralleli le cui distanze tra i centri devono cambiare spesso, ad esempio i rulli su una linea di laminazione.

5 – il meccanismo biella-manovella

Passiamo al meccanismo biella-manovella, senza dubbio meritevole di rientrare nella classifica dei 7 meccanismi che hanno contribuito al progresso tecnico dell’umanità. Questo è un sistema di collegamento meccanico comunemente utilizzato in motori, macchine e meccanismi per convertire il movimento rotatorio in movimento alternativo (lineare) o viceversa. Consiste di quattro componenti principali: una manovella, un cursore, una biella e un perno.

La manovella è un braccio rotante che fornisce il movimento rotatorio. È collegato a un albero o asse e ruota attorno a un punto fisso chiamato perno di manovella. Il cursore, noto anche come pistone o traversa, si muove in linea retta avanti e indietro lungo un percorso guidato. La biella collega la manovella e il cursore e trasferisce il moto tra di loro. Il perno, spesso indicato come perno da polso o spinotto, funge da giunto che collega la biella e il cursore. Consente alla biella di ruotare mentre la manovella ruota, consentendo la conversione del movimento rotatorio in movimento alternativo.

I collegamenti a cursore-manovella sono ampiamente utilizzati nei motori a combustione interna, come quelli che si trovano in automobili, motociclette e generatori. In un motore, l’albero motore funge da manovella, il pistone funge da cursore e la biella collega i due. Quando l’albero motore ruota, genera un movimento lineare nel pistone, che è essenziale per il funzionamento dei processi di aspirazione, compressione, combustione e scarico del motore. Questo tipo di collegamento si trova anche in vari altri sistemi meccanici, come pompe, presse e seghe alternative, dove è richiesta la conversione tra moto rotatorio e lineare.

6 – la trasmissione a catena

Il prossimo meccanismo è, probabilmente, uno dei più noti (anche per i non addetti ai lavori in senso stretto). Ecco la trasmissione a catena, meccanismo di potenza meccanica che utilizza appunto una catena per trasferire il movimento rotatorio da un componente all’altro. Consiste in una serie di collegamenti interconnessi, tipicamente realizzati in metallo, che ingranano con denti o ruote dentate sui componenti condotti e motori.

In un sistema di trasmissione a catena, la ruota dentata o l’ingranaggio conduttore è collegato a una fonte di alimentazione come un motore o un motore elettrico. Quando la ruota dentata motrice ruota, tira la catena, facendola muovere in un ciclo continuo. La catena quindi si innesta con i denti o le ruote dentate sul componente condotto, trasferendogli il movimento rotatorio e la potenza. Le trasmissioni a catena sono comunemente utilizzate in varie applicazioni in cui è richiesto un metodo affidabile ed efficiente di trasmissione della potenza. Sono spesso impiegati in biciclette, motociclette, macchinari industriali, nastri trasportatori, attrezzature agricole e persino alcune automobili. Le trasmissioni a catena offrono vantaggi come alta efficienza, durata e capacità di trasmettere grandi quantità di potenza.

Tuttavia, anche le trasmissioni a catena, uno dei 7 meccanismi più importanti, presentano alcune limitazioni. Richiedono lubrificazione e manutenzione periodiche per garantire un funzionamento regolare e prevenire l’usura. Inoltre, possono generare rumore e vibrazioni durante il funzionamento rispetto ad altri tipi di sistemi di trasmissione di potenza come cinghie o ingranaggi.

7 – l’insieme pignone e cremagliera

Chiudiamo il percorso lungo i 7 meccanismi che hanno contribuito al progresso tecnico dell’umanità con un altro evergreen, l’insieme pignone e cremagliera. E’ un sistema meccanico utilizzato per convertire il movimento rotatorio in movimento lineare. Consiste di due componenti principali: una barra diritta con denti chiamata cremagliera e un ingranaggio con denti chiamato pignone. La cremagliera ha denti paralleli per tutta la sua lunghezza, mentre il pignone è un piccolo ingranaggio che si innesta con la cremagliera.

Quando il pignone ruota, ingrana con i denti sulla cremagliera, provocando il movimento lineare della cremagliera. Questo converte il movimento rotatorio del pignone in un movimento lineare lungo la lunghezza della cremagliera. La direzione del movimento lineare dipende dalla direzione di rotazione del pignone. I sistemi a pignone e cremagliera sono comunemente usati in varie applicazioni, inclusi i meccanismi di sterzo nei veicoli. Nel sistema sterzante di un’auto, il movimento rotatorio del volante viene trasmesso al pignone, che a sua volta sposta linearmente la cremagliera. Questo movimento viene quindi utilizzato per far girare le ruote del veicolo, consentendo al conducente di controllare la direzione dell’auto.

Il design a pignone e cremagliera offre vantaggi come compattezza, semplicità ed efficienza nella conversione del movimento. Fornisce una connessione diretta e precisa tra l’input (movimento rotatorio) e l’output (movimento lineare), rendendolo una scelta popolare per molti sistemi meccanici.