Questo articolo spiega cos’è il meccanismo biella-manovella e a cosa serve. Inoltre, vengono presentate le diverse parti che compongono il meccanismo biella-manovella e la formula di questo meccanismo.
Cos’è il meccanismo biella-manovella?
Il meccanismo biella-manovella è un meccanismo che serve a trasformare un movimento circolare in un movimento traslatorio, o viceversa. Vale a dire, il meccanismo biella-manovella converte il movimento rotatorio in movimento lineare alternativo e viceversa.
Principalmente, il meccanismo biella-manovella è composto dalla biella e dalla manovella . In questo modo le due parti meccaniche si combinano per passare da un movimento rotatorio ad un movimento rettilineo oscillatorio.
Come puoi vedere nell’immagine sopra, la barra grigia (manovella) esegue un movimento rotatorio, mentre l’estremità destra della barra verde (manovella) esegue un movimento lineare. Pertanto, il meccanismo biella-manovella consente di passare da un movimento rotatorio a un movimento rettilineo.
Il sistema biella-manovella non è un’invenzione recente, ma era già utilizzato nell’Impero Romano. Tuttavia, sebbene sembri un tipo di meccanismo molto semplice, ha molte applicazioni in ingegneria, ad esempio i motori a combustione interna delle automobili utilizzano questo meccanismo.
Elementi del meccanismo biella-manovella
Principalmente, il meccanismo biella-manovella comprende i seguenti elementi:
- Manovella : è una barra rigida con un’estremità fissata al movimento rotatorio e l’altra estremità fissata alla biella.
- Biella : è l’elemento del meccanismo che ha il compito di trasformare il movimento rotatorio della manovella in un movimento lineare.
- Guida : limita il movimento del pistone e della biella, in questo modo il movimento del pistone risulta lineare.
- Pistone (o pistone) : parte del meccanismo biella-manovella che compie un movimento oscillatorio rettilineo, cioè si muove alternativamente avanti e indietro.
Formula del meccanismo biella-manovella
Una volta vista la definizione del meccanismo biella-manovella e dei suoi componenti, vedremo qual è la formula matematica che ci permette di studiare il movimento di questo meccanismo.
Per trovare l’equazione del meccanismo biella-manovella verranno utilizzati i parametri mostrati nel seguente schema cinematico del meccanismo.
Prendendo come riferimento l’estremità fissa della manovella, la posizione dell’estremità della manovella (x) è uguale alla proiezione orizzontale della manovella più la proiezione orizzontale della manovella. Pertanto, la formula per il meccanismo biella-manovella è la seguente:
Tuttavia, la formula per questo tipo di meccanismo può essere semplificata. Perché se consideriamo che la lunghezza della biella è molto maggiore della lunghezza della manovella (l>>r), allora l’espressione è la seguente:
Esempi di applicazioni del meccanismo biella-manovella
Infine vedremo alcune delle applicazioni più comuni del sistema biella-manovella.
- Motore a pistoni : I motori a combustione interna sono sicuramente l’applicazione più diffusa del meccanismo biella-manovella. La funzione di questo meccanismo è trasformare l’energia generata durante l’esplosione del carburante in movimento circolare dell’albero motore. Le auto non elettriche utilizzano questo tipo di motore.
- Pompe idrostatiche : l’albero motore aziona il sistema biella-manovella e il pistone aziona il fluido dalla pompa.
- Macchina per cucire : il funzionamento di questo tipo di macchine si basa sul meccanismo biella-manovella.
- Giocattoli automatizzati : la maggior parte dei giocattoli con movimenti automatici utilizza anche il meccanismo a manovella per funzionare.
