Meccanismo leva di commutazione - Come funziona?

Il meccanismo a leva di commutazione è un principio tecnico utilizzato per generare o esercitare forze elevate con un uso relativamente limitato della forza. Questo principio viene utilizzato principalmente nel settore per fissare posizioni senza l’uso permanente della forza, ad esempio con i rilasci rapidi.

Sfruttare e forzare il trasferimento

L’effetto leva è un fenomeno fondamentale che spiega il trasferimento della forza nei meccanismi di leva. Si basa sulla relazione tra la forza esercitata su una leva, la distanza di tale forza in relazione a un fulcro e il carico trasportato dalla leva.

Il trasferimento di forza è il processo mediante il quale la forza esercitata sulla leva viene trasferita a un altro punto. Una leva è un corpo rigido che può ruotare intorno a un punto fisso, il cosiddetto fulcro. Le forze possono essere applicate a diversi fulcri lungo la leva per sollevare o spostare carichi. La forza esercitata sulla leva è chiamata anche forza di compressione o forza di trazione. Questa forza viene esercitata in corrispondenza di un’estremità del braccio della leva o in un punto tra il fulcro e l’estremità. Le dimensioni e la direzione della forza di compressione determinano l’efficacia dello spostamento del carico. L’effetto leva è creato dalle diverse lunghezze dei bracci della leva su entrambi i lati del fulcro. Se il braccio di forza è più lungo del braccio di carico, una forza più piccola può spostare un carico più grande. Al contrario, se il braccio di carico è più lungo, è necessaria una forza maggiore per spostare lo stesso carico.

Come funziona il meccanismo della leva di commutazione?

Il meccanismo della leva di commutazione è un principio meccanico che viene spesso utilizzato in varie applicazioni come i dispositivi di serraggio, la pressione o il trasferimento del movimento. La funzione della leva di commutazione si basa sull’uso di due o più bracci della leva collegati tra loro in modo che possano formare un angolo simile a quello di un ginocchio.

La leva di commutazione è costituita da almeno due bracci rigidi di lunghezza fissa collegati tra loro da un connettore. Il meccanismo funziona in modo tale che la lunghezza fissa del movimento di forza delle leve della leva termini con il movimento laterale del connettore di collegamento. Quando la leva di commutazione viene spostata oltre lo stato dritto, può sostenere grandi carichi con relativamente poco sforzo quando si utilizza una battuta fissa.

La funzione del meccanismo a leva di commutazione si basa sull’effetto della leva e sul trasferimento della forza già spiegati. A seconda dell’orientamento dei bracci della leva l’uno verso l’altro, l’effetto della leva aumenta la forza di compressione esercitata dalle sue estremità con l’aumento dell’estensione della leva con una forza costante sul connettore. L’autobloccaggio avviene con una posizione quasi dritta della leva di commutazione, il che significa che una bassa forza di tenuta è già sufficiente ad assorbire un carico molto grande o a mantenere la tensione.

Come viene costruita una leva di commutazione?

La costruzione di un meccanismo a leva di commutazione è manifestata dalla sua caratteristica capacità di creare una forza di serraggio forte o una forza di tenuta con uno sforzo minimo non appena il meccanismo viene portato nella posizione di “sovraestensione”. Ecco i componenti principali e come funzionano:

• Bracci della leva: La leva di commutazione è composta da almeno due bracci. Questi bracci sono collegati tra loro per formare un angolo simile a quello di un ginocchio umano quando si aziona la leva.
• Articolazioni: I bracci della leva sono collegati tra loro da almeno un connettore. Questo connettore consente ai bracci della leva di muoversi l’uno rispetto all’altro. Con molte leve di commutazione, ci sono connettori aggiuntivi che consentono un’ulteriore libertà di movimento o sequenze di movimento specifiche.
• Fulcro: Il fulcro è il punto fisso intorno al quale si muovono i bracci della leva. In una leva di commutazione, il fulcro può trovarsi in uno dei connettori o in una parte separata del meccanismo.
• Punto di forza: Questo è il punto in cui la forza viene esercitata sulla leva per azionarla. La posizione e il tipo di applicazione della forza possono variare a seconda del progetto e dello scopo della leva di commutazione.
• Punto di carico: In questo punto si esercita il carico o la resistenza. Questo è quindi il punto in cui agisce la forza di serraggio esercitata.
• Meccanismo di sovraestensione: La chiave del meccanismo di commutazione è la capacità di raggiungere una posizione in cui i bracci della leva e gli assi di collegamento sono allineati quasi o completamente in linea. In questa posizione, che viene spesso indicata come “sovraestensione” o “superamento del punto morto”, il meccanismo raggiunge la sua massima forza di tenuta e si stabilizza. Per mantenere questa posizione è necessaria solo una forza minima.

(1) Piccolo angolo - (2) Grande angolo - (3) Angolo - = 180° (punto morto)

Meccanismo di sovraestensione oltre il blocco del punto morto

Come già accennato, le leve di commutazione hanno un meccanismo di sovraestensione che consente ai bracci delle leve di spostarsi in una posizione eccessivamente estesa. Il meccanismo di blocco o autobloccaggio oltre il punto morto è una caratteristica centrale di questo meccanismo. Questo autobloccante è responsabile dell’elevata forza di tenuta e della forza di serraggio esercitando al contempo una forza minima.

Il punto morto in un meccanismo a leva di commutazione è il momento in cui i bracci della leva e gli assi di collegamento formano una linea dritta. In questa posizione, la leva viene estesa più a lungo. Il punto morto è il punto in cui il meccanismo a leva esercita la forza maggiore. Questo stato è molto instabile ed è lasciato da lievi variazioni di forza in qualsiasi direzione.

Il bloccaggio oltre il punto morto si verifica quando il meccanismo viene spostato leggermente oltre questo punto morto. In questa posizione eccessivamente estesa, i bracci della leva sono allineati per formare una forma di ginocchio leggermente piegato. Se l’articolazione del ginocchio è sovraestesa, si blocca automaticamente. Una volta raggiunta questa posizione, è necessaria solo una forza minima per mantenere la leva in posizione bloccata. Questo tipo di meccanismo di bloccaggio è particolarmente utile nelle applicazioni che richiedono una forza di bloccaggio forte e permanente senza esercitare costantemente una forza manuale. Alcuni esempi sono le chiavi, le chiusure a scatto e i dispositivi di fissaggio nella tecnologia di produzione.

Dove vengono utilizzate le leve di commutazione?

Il meccanismo a leva di commutazione viene spesso utilizzato per applicazioni che richiedono una forza di serraggio forte o una forza di tenuta con uno sforzo continuo minimo. Esempi sono i dispositivi di serraggio nelle macchine utensili, i dispositivi di bloccaggio in produzione e i meccanismi di bloccaggio in vari dispositivi. Le leve di commutazione sono utilizzate anche per bloccare o fissare i componenti.

La seguente illustrazione di esempio mostra un morsetto di commutazione costituito da due componenti collegati tra loro da due frizioni. Il componente fisso è la linea AB, la leva è la linea CD. Quando la leva viene azionata, il punto D si sposta intorno al punto A perché il punto C si sposta intorno al punto B. Il punto morto con la linea BCD viene raggiunto durante il movimento. In questo stato, sul componente viene generata la forza d’azione massima. Il punto morto è uno stato instabile; qualsiasi cambiamento di forza vuole cambiare questo stato. Al fine di realizzare una forza di tenuta elevata sul componente, senza dover esercitare forza sul punto D per tutto il tempo, il meccanismo è progettato in modo tale che il punto morto venga superato nella direzione della freccia rossa. Il movimento termina con il supporto della testa del morsetto sul componente (non mostrato).

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