Engineering
Ruota a cricchetto e nottolino
Aziona la leva e il carico sale un dente alla volta: il nottolino motore spinge avanti un dente, il nottolino d’arresto scavalca i denti ticchettando e blocca la ruota quando la leva torna indietro. Ferma la leva: il carico resta fermo. Solleva i nottolini e lascia scendere il carico, poi lasciali ricadere e osserva l’urto.
Cosa succede
Una ruota a cricchetto con 12 denti di sega gira su un albero insieme a un tamburo di raggio 0,12 m; sul tamburo è avvolta la fune di un carico di 20 kg. Una leva sullo stesso albero porta il nottolino motore; il nottolino d’arresto è appeso a un perno del telaio. Delle molle premono entrambi i nottolini sui denti. A ogni corsa di andata il nottolino motore spinge la faccia diritta di un dente e solleva il carico di un dente, r_d·2π/z = 62,8 mm, contro una coppia di m·g·r_d = 23,5 N·m sulla leva, mentre il nottolino d’arresto risale il dorso dei denti e cade nel vano successivo. Al ritorno il nottolino d’arresto aggancia una faccia e trattiene il carico, e il nottolino motore scivola indietro sopra un dente. La ruota può girare in un solo verso – non perché qualcosa vieti l’altro, ma perché la punta di un nottolino fa battuta contro una faccia.
Ferma la leva: il carico resta fermo. Solleva entrambi i nottolini: il carico scende con un’accelerazione di m·g·r_d²/(I + m·r_d²) = 5,06 m/s², facendo girare la ruota. Lasciali ricadere e il nottolino d’arresto ferma con un urto la ruota in movimento.
Modello: ruota, leva, nottolini e carico rigidi; le punte dei nottolini toccano il profilo dei denti tramite contatti unilaterali, le loro molle sono coppie sui rispettivi perni; un servo a coppia limitata fa oscillare la leva. Niente attrito.
Da provare
Lascia lavorare la leva e conta i denti. Fermala, poi solleva per un attimo i nottolini e lasciali ricadere: leggi il valore dell’urto.
Equazioni del modulo
Equazioni Δh = r_d·2π/z per stroke τ = m·g·r_d a = m·g·r_d²/(I + m·r_d²) (pawls lifted) W_lever = m·g·Δh + losses
