Uomo e la macchina, tesina

GENERALITA’

Il dispositivo biella-manovella, detto anche manovellismo di spinta rotativa, può definirsi come un

sistema articolato, mediante il quale è possibile trasformare il moto rotatorio continuo in un moto

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rettilineo alternato e viceversa. Esso trova larghissima applicazione nelle costruzioni delle

macchine: sia nei motori alternativi a combustione interna od a vapore, sia nelle macchine operatrici

a fluido come pompe e compressori alternativi; la soluzione con testa a croce si adotta poi nelle

macchine a doppio effetto o nei motori a combustione interna di grande potenza a semplice effetto.

Facendo riferimento allo schema del meccanismo riportato nella figura sottostante vengono definiti

i vari elementi del dispositivo:

- punto P: rappresenta l’occhio o piede di biella che collega con l’elemento che trasla (testa a

croce, pistone o stantuffo); è dotato di moto rettilineo alternato tra due tra due posizioni

estreme P (punto morto superiore) e P (punto morto inferiore);

ms mi

- punto B: è il punto di connessione tra la testa di biella e il bottone di manovella; è dotato di

moto rotatorio;

- biella: elemento, di lunghezza l (lunghezza di biella), che collega rigidamente i punti P e B; è

dotato di moto complesso risultante dalla traslazione dell’estremità P (occhio o piede di biella)

e dalla contemporanea rotazione dell’estremità B (testa di biella);

- manovella: elemento, di lunghezza r (raggio di manovella), che unisce rigidamente i punti B e

O; è dotato di moto rotatorio intorno al punto O; il rapporto tra la lunghezza di biella e il raggio

di manovella l/r si assume normalmente da 3 a 5;

corsa c: è la massima distanza percorsa dal piede di biella tra i due punti morti superiore e inferiore

e corrisponde al doppio del raggio di manovella.

Schema:

ELEMENTI COSTRUTTIVI DEL

MECCANISMO BIELLA-

MANOVELLA

Bielle

Le bielle sono organi di forma allungata,

costituiti da una parte centrale, denominata

fusto, alle cui estremità sono situati,

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opportunamente raccordati, due supporti cilindrici, ad assi paralleli, di diametro generalmente

diverso. L’estremità portante il supporto di diametro maggiore è detta testa di biella; tale supporto è

generalmente costituito da due semigusci serrati mediante bulloni e recanti all’interno il relativo

cuscinetto, in metallo antifrizione, entro cui si articola il perno o bottone di manovella. L’altra

estremità, portante il supporto di diametro minore, è detta piede o occhio di biella; anch’essa è

munita di apposito cuscinetto in metallo antifrizione entro cui si articola il perno o spinotto dello

stantuffo o della testa a croce, materializzandosi, in tal modo, il collegamento a cerniera della biella

con l’organo del manovellismo dotato di moto rettilineo alternativo. Il fusto, infine, presenta, in

genere, sezione gradualmente crescente dal piede alla testa, raccordandosi con i relativi supporti.

La forma costruttiva delle bielle dipende dalla velocità di rotazione del motore. Si definiscono lente

le bielle di quei motori che non superano i 300 giri/min; veloci le altre.

Bielle lente

Queste bielle, funzionanti a basse velocità, si costruiscono pesanti, con forme e sezioni semplici e

lavorazioni non troppo precise.

La progettazione di una biella lenta viene effettuata trascurando la sua forza d'inerzia e tenendo

conto della sola sollecitazione di compressione, quando il piede di biella è al punto morto superiore,

posizione in cui lo sforzo trasmesso risulta massimo. Questa condizione di carico, in funzione della

snellezza, può sollecitare la biella a carico di punta.

La sezione del fusto è normalmente rettangolare (costante o crescente dal piede di biella alla testa),

oppure circolare piena o cava. Per l'occhio o piede si adotta sempre la forma chiusa, mentre la testa

può essere chiusa o aperta con il cappello fissato al corpo mediante bulloni prigionieri o passanti.

I materiali di costruzione utilizzati sono acciaio al carbonio o ghisa sferoidale.

Bielle veloci

Sono quelle bielle che operano con un alto numero di giri (motori da trazione per veicoli industriali,

motori d’auto, aerei). Per queste bielle occorre garantire la massima leggerezza tenendo conto della

necessaria rigidità, avente nella loro progettazione anche delle sollecitazioni dovute alle forze

d'inerzia che sollecitano la biella durante il suo moto di rotazione e traslazione (colpo di frusta).

La sezione adottata per il fusto è perciò sempre quella a doppio T, rinforzato in corrispondenza della

testa, dove la biella si trova a dover supportare ulteriori sollecitazioni a causa delle forze d'inerzia,

massime quando essa forma con la manovella un angolo di 90° (posizione di quadratura).

All'interno dell'occhio o piede di biella è sempre montata con interferenza una boccola di bronzo o

di materiale sinterizzato autolubrificante, per migliorare l'articolazione con lo spinotto di

collegamento dell'elemento traslante.

Un eventuale intaglio sul piede di biella, eseguito dopo il montaggio della boccola, consente un

miglior accesso dell'olio all'interno dell'accoppiamento con lo spinotto. La testa delle bielle veloci è

di regola costruita in due parti con il cappello d’estremità unito al corpo mediante bulloni a gambo

calibrato. Questi fungono da centraggio preciso e realizzano, al montaggio, l'esatto combaciamento

delle parti.

All'interno della testa di biella è prevista una boccola di bronzo o di materiale sinterizzato, divisa in

due parti lavorate in opera per le bielle aperte. Questa bronzina è ricoperta da materiale antifrizione

ed il suo montaggio prevede particolari dispositivi che ne impediscono la rotazione rispetto alla

sede.

Manovella

La manovella di estremità (cosiddetta poiché calettata all’estremità di un albero) viene

convenientemente impiegata sia nelle macchine motrici che nelle macchine operatrici a fluido,

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quale organo per la trasformazione del moto da rettilineo alternativo a rotatorio, o viceversa. Essa è

costituita da un perno di banco sostenuto da un cuscinetto, da un braccio di manovella e da un perno

o bottone di manovella, su cui si articola, rotoidalmente, la testa della biella.

Il dimensionamento della manovella di estremità consiste essenzialmente in un calcolo di verifica,

in quanto, una volta determinate le dimensioni del perno o bottone di manovella e del perno di

banco in base ai carichi esterni agenti, si disegna la manovella utilizzando i dati pratici forniti dai

manuali, con successiva verifica della resistenza delle sezioni pericolose.

Per quel che riguarda i materiali adoperati per la costruzione delle manovelle di estremità, si può

osservare che, nel caso di modeste sollecitazioni, possono essere impiegati gli acciai al carbonio da

bonifica, mentre per elevati valori delle sollecitazioni devono impiegarsi gli acciai legati da bonifica

(al Cr-Mo, o al Ni-Cr, o al Ni-Cr-Mo). Atteso il carattere affaticante delle sollecitazioni, nel primo

caso (acciai al carbonio da bonifica) le tensioni ammissibili alla fatica σ , riferite alle

Fam

2

sollecitazioni normali, devono assumersi comprese tra 40 ÷ 60 N/mm , mentre nel secondo caso

(acciai legati da bonifica) le predette tensioni ammissibili σ posso assumersi comprese tra 120 ÷

Fam

2

150 N/mm .

DPO

Tipi di produzione

Per produzione si intende l’insieme delle azioni da compiere per ottenere un prodotto finito.

La produzione può essere ottenuta:

• tutta all’interno dell’azienda;

• parte in azienda e parte da aziende esterne;

• tutta da aziende esterne.

La produzione può essere organizzata in serie, lotti, just in time.

Produzione in serie

La produzione in serie consiste nel costruire i singoli elementi di un sistema l’uno indipendente

dall’altro.

Produzione a lotti

Per produzione a lotti si intende la fabbricazione di un numero ridotto di esemplari.

Produzione just in time

Significa essere in grado di produrre la quantità giusta al momento giusto, ciò comporta una

riduzione degli sprechi.

Produzione continua e intermittente

I processi produttivi possono essere di tipo continuo o intermittente.

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-Continuo:

un processo produttivo si dice continuo quando è destinato ad attuare un solo ciclo di lavorazione e

può essere:

• a ciclo obbligato, dove le macchine sono strettamente legate tra loro e la successione delle

operazioni non è modificabile;

• a ciclo libero, le macchine pur essendo adibite a svolgere una determinata operazione potrebbero

essere in grado di attuarne altre.

-Intermittente:

un processo produttivo è di tipo intermittente quando si avvale di un impianto predisposto in modo

da ottenere la contemporanea fabbricazione di prodotti diversi, e può essere:

• a ciclo obbligato, dove il processo può variare le modalità di svolgimento in funzione del grado di

assorbimento del mercato, ottenendo un’intermittenza di puro carattere temporale.

• a ciclo libero, dove le macchine possono lavorare contemporaneamente su più cicli produttivi.

Produzione per reparti e linee

-Per reparti:

Sono definiti reparti quelle zone dell’azienda nelle quali si eseguono delle lavorazioni simili. Il

movimento dei pezzi da un reparto all’altro è chiamato flusso del lotto, che può essere “totale” e di

“sottolotti”:

• flusso del lotto totale, tutto il lotto viene lavorato in un reparto e poi trasportato in quello

successivo.

• flusso dei sottolotti, il lotto complessivo viene suddiviso in sottolotti che possono essere spostati

da un reparto all’altro appena ultimati.

-In linea:

Si definisce produzione in linea una successione di posti di lavoro che eseguono una data

operazione in un tempo uguale.

La saturazione delle macchine, permette che ciascuna macchina lavori al massimo delle sue

capacità produttive, in modo da diminuire il tempo di lavoro al massimo dell’efficienza.

Produzione per magazzino e per commessa

-Produzione per magazzino:

viene effettuata per tutti quei prodotti la cui richiesta di mercato è determinata da previsioni.

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-Produzione per commessa:

avviene su ordine del cliente, non essendo prevedibile, ne la quantità, ne il tempo della domanda di

mercato.

Preventivazione dei costi

L’azienda effettua un preventivo prima di cominciare la produzione, dove viene messo in evidenza

il costo che deve affrontare l’azienda per effettuare la produzione del bene e il g