camma dispositivo eccentrico meccanico

Una camma è un pezzo rotante o scorrevole in un collegamento meccanico utilizzato soprattutto per trasformare il movimento rotatorio in movimento lineare o viceversa. [1] [2] Spesso è una parte di una ruota rotante (ad esempio una ruota eccentrica) o di un albero (ad esempio un cilindro di forma irregolare) che colpisce una leva in uno o più punti del suo percorso circolare. La camma può essere un semplice dente, come viene utilizzato per fornire impulsi di potenza a un martello a vapore, ad esempio, o una discotecaeccentrico o altra forma che produce un movimento alternativo regolare (avanti e indietro) nelseguace, che è una leva entrare in contatto con la camma





La camma può essere vista come un dispositivo che traduce il movimento circolare in quello alternativo (o talvolta oscillante). [3] Un esempio comune è l'albero a cammediun'automobile, che prende il movimento rotatorio del motore e lo traduce nel movimento alternativo necessario per azionare levalvoledi aspirazione e scarico deicilindri.

Le telecamere possono anche essere viste come dispositivi di memorizzazione e trasmissione di informazioni. Ne sono un esempio i tamburi a camme che dirigono le note di un carillon oi movimenti dei vari utensili e mandrini di una macchina a vite. Le informazioni memorizzate e trasmesse dalla telecamera sono la risposta alla domanda: "Quali azioni dovrebbero avvenire e quando?" (Anche un albero a camme automobilistico risponde essenzialmente a questa domanda, sebbene la camma del carillon sia un esempio ancora migliore per illustrare questo

Alcune camme possono essere caratterizzate dai loro diagrammi di spostamento, che riflettono il cambiamento di posizione che un rullo (un albero con una ruota rotante all'estremità) farebbe mentre la camma ruota attorno a un asse. Questi diagrammi mettono in relazione la posizione angolare, solitamente in gradi, con lo spostamento radiale sperimentato in quella posizione. I diagrammi di spostamento sono tradizionalmente presentati come grafici con valori non negativi. Un semplice diagramma di spostamento illustra il movimento del cedente con un aumento di velocità costante seguito da un ritorno simile con una pausa in mezzo come illustrato nella figura 2. [ 4] L'aumento è il movimento del cedente in allontanamento dal centro della camma, la sosta è il movimento dove il cedente è fermo e il ritorno è il movimento del cedente verso il centro della camma.

La camma più comunemente usata è la camma a piastra che viene ritagliata da un pezzo di metallo piatto o piastra. [6] In questo caso il cedente si muove su un piano perpendicolare all'asse di rotazione dell'albero a camme. [7] Diversi termini chiave sono rilevanti in una storia di costruzione di camme a piastra:cerchio base, cerchio primo (conraggiopari alla somma del raggio del cedente e del raggio del cerchio base), curva primitiva che è la curva radiale tracciata applicando gli spostamenti radiali in allontanamento dal cerchio principale su tutti gli angoli e l'angolo di separazione dei lobi ( LSA - l'angolo tra due lobi adiacenti delle camme di aspirazione e scarico).

Il cerchio di base è il cerchio più piccolo che può essere disegnato sul profilo della camma.

Storia
Una delle prime camme fu incorporata negli automiellenistici azionati dall'acqua del III secolo aC [8] L'uso delle camme fu successivamente impiegato daAl-Jazariche le impiegò nei suoi automi. [9] La camma e l'albero a camme apparevero nei meccanismi europei a partire dal XIV secolo. [10]

Guarda anche
Altri meccanismi che convertono tra il movimento circolare e quello alternativo:

Lamanovellapuò essere utilizzato in entrambe le direzioni, dal movimento alternativo a quello circolare o viceversa.
Giogo scozzese
Piatto oscillante
Martello da viaggio
Altri meccanismi denominati "cam" o simili:

Camma di sosta (utilizzata in coppia nelle macchine da cucire)
Camma binaria (per archi composti)
Dispositivo di camma a molla (attrezzatura per arrampicata su roccia)

albero che non dona frutto taglialo tutto

" UN AMICO deve sempre sottovalutare le tue VIRTù,un amico sopravvalutare i tuoi difetti.

Albero a camme


Un albero a camme è un albero al quale è fissata una camma o di cui una camma costituisce parte integrante

Storia
Una delle prime camme fu incorporata negli automi ellenistici azionati dall'acqua del III secolo a.C. [2] L'albero a camme fu successivamente descritto in Iraq ( Mesopotamia ) da Al-Jazari nel 1206. Lo impiegò come parte dei suoi automi, macchine per il sollevamento dell'acqua e orologi ad acqua come l' orologio del castello . [3] La camma e l'albero a camme apparvero successivamente nei meccanismi europei almeno a partire dal XIV secolo, [4] o forse prima. [5]

Usi
Nei motori a combustione interna con pistoni , l'albero a camme viene utilizzato per azionare le valvole a fungo . È quindi costituito da un'asta cilindrica che corre per tutta la lunghezza della bancata da cui sporgono una serie di lobi oblunghi , uno per ciascuna valvola. Le camme forzano l'apertura delle valvole premendo sulla valvola o su qualche meccanismo intermedio mentre ruotano.

Settore automobilistico
Materiale
Gli alberi a camme possono essere realizzati con diversi tipi di materiali. Questi includono:

Getti di ghisa refrigerata : questa è una buona scelta per la produzione di grandi volumi. Un albero a camme in ferro raffreddato ha una resistenza all'usura perché i lobi dell'albero a camme sono stati raffreddati, generalmente rendendoli più duri. Quando si realizzano fusioni in ghisa conchiglia, altri elementi vengono aggiunti alla ghisa prima della fusione per rendere il materiale più adatto alla sua applicazione.

Acciaio billet : quando è richiesto un albero a camme di alta qualità, i costruttori di motori e i produttori di alberi a camme scelgono di realizzare l'albero a camme in acciaio billet. Questo metodo viene utilizzato anche per la produzione a basso volume. Questo è un processo che richiede molto più tempo ed è generalmente più costoso rispetto ad altri metodi. Tuttavia il prodotto finito è di gran lunga superiore. Per la realizzazione dell'albero a camme verranno utilizzati torni CNC , fresatrici CNC e rettificatrici CNC per alberi a camme. Possono essere utilizzati diversi tipi di barre d'acciaio, un esempio è EN40b. Quando si produce un albero a camme EN40b, l'albero a camme verrà anche trattato termicamente tramite nitrurazione gassosa , che modifica la microstruttura del materiale. Conferisce una durezza superficiale di 55-60 HRC . Questi tipi di alberi a camme possono essere utilizzati nei motori ad alte prestazioni.

Tempistica
Nockenwelle 2005
Un albero a camme

La relazione tra la rotazione dell'albero a camme e la rotazione dell'albero motore è di fondamentale importanza. Poiché le valvole controllano il flusso della miscela aria/carburante e dei gas di scarico, devono essere aperte e chiuse al momento opportuno durante la corsa del pistone. Per questo motivo l'albero a camme è collegato all'albero motore direttamente, tramite un meccanismo ad ingranaggi , oppure indirettamente tramite una cinghia o catena denominata cinghia di distribuzione o catena di distribuzione . La trasmissione diretta tramite ingranaggi è insolita perché la coppia di inversione frequente causata dall'inclinazione delle camme tende a consumare rapidamente i denti degli ingranaggi. Laddove vengono utilizzati gli ingranaggi, tendono ad essere realizzati in fibra resiliente anziché in metallo, tranne che nei motori da corsa che richiedono una routine di manutenzione elevata. Gli ingranaggi in fibra hanno una durata breve e devono essere sostituiti regolarmente, proprio come una cinghia a camme. In alcuni modelli l'albero a camme aziona anche il distributore e le pompe dell'olio e del carburante . Alcuni veicoli possono avere la pompa del servosterzo azionata dall'albero a camme. Con alcuni dei primi sistemi di iniezione del carburante , le camme sull'albero a camme azionavano gli iniettori di carburante.

Un'alternativa utilizzata agli albori dei motori OHC era quella di azionare l'albero a camme tramite un albero verticale con ingranaggi conici a ciascuna estremità. Questo sistema veniva utilizzato, ad esempio, sulle auto da Gran Premio Peugeot e Mercedes precedenti alla Prima Guerra Mondiale . Un'altra opzione era quella di utilizzare un triplo eccentrico con bielle; questi furono usati su alcuni motori progettati da WO Bentley e anche sul Leyland Eight .

In un motore a due tempi che utilizza un albero a camme, ciascuna valvola viene aperta una volta per ogni rotazione dell'albero motore; in questi motori l'albero a camme ruota alla stessa velocità dell'albero motore. In un motore a quattro tempi le valvole vengono aperte solo la metà della frequenza; pertanto, per ogni rotazione dell'albero a camme si verificano due rotazioni complete dell'albero motore.

La fasatura dell'albero a camme può essere anticipata per produrre una migliore coppia a bassi regimi o ritardata per una migliore potenza ad alti regimi. Ciascuno di questi sposta la potenza complessiva prodotta dal motore rispettivamente verso il basso o verso l'alto sulla scala dei giri. L'entità della variazione è molto ridotta (solitamente < 5 gradi) e influisce sul gioco tra valvola e pistone.

Durata
La durata è il numero di gradi di rotazione dell'albero motore durante i quali la valvola è fuori dalla sede. In generale, una maggiore durata si traduce in una maggiore potenza. Il numero di giri al quale si verifica la potenza di picco viene generalmente aumentato con l'aumentare della durata, a scapito dell'efficienza del numero di giri inferiore (coppia). [ citazione necessaria ]

La durata può spesso creare confusione perché i produttori possono selezionare qualsiasi punto di sollevamento per pubblicizzare la durata di un albero a camme e talvolta manipolano questi numeri. Le caratteristiche di potenza e di minimo di un albero a camme con valore nominale di .006" saranno molto diverse da quelle di uno con lo stesso valore nominale di .002".

Molti costruttori di motori ad alte prestazioni misurano l'aggressività di un profilo di gara osservando la durata a .020", .050" e .200". Il numero .020" determina quanto sarà reattivo il motore e quanta coppia ai bassi regimi produrrà. Il numero .050" viene utilizzato per stimare dove si verificherà il picco di potenza, mentre il numero .200" fornisce una stima del potenziale di potenza.

Un effetto secondario dell'aumento della durata è l'aumento della sovrapposizione , ovvero il numero di gradi dell'albero motore durante i quali sia le valvole di aspirazione che quelle di scarico sono fuori dalle loro sedi. È la sovrapposizione che influisce maggiormente sulla qualità del minimo, in quanto il "blow-through" della carica di aspirazione che si verifica durante la sovrapposizione riduce l'efficienza del motore ed è maggiore durante il funzionamento a basso numero di giri. In realtà, l'aumento della durata di un albero a camme in genere aumenta l'evento di sovrapposizione, a meno che non si allarghino i centri dei lobi tra i profili dei lobi delle valvole di aspirazione e scarico.

Sollevare
L'alzata dell'albero a camme è il conseguente sollevamento netto della valvola dalla sua sede. Più la valvola si solleva dalla sua sede, maggiore è il flusso d'aria che può essere realizzato, il che generalmente è più vantaggioso. Una portanza maggiore presenta alcune limitazioni. Da un lato l'alzata è limitata dalla maggiore vicinanza della testa della valvola al cielo del pistone e dall'altro è necessario uno sforzo maggiore per portare le molle della valvola ad uno stato di compressione più elevato. L'aumento della portanza può anche essere limitato dal gioco dei lobi nella struttura della testata, quindi i lobi più alti potrebbero non necessariamente liberare la struttura dell'involucro della testata. Una maggiore alzata della valvola può avere lo stesso effetto di una maggiore durata laddove la sovrapposizione delle valvole è meno desiderabile.

Una portanza più elevata consente una sincronizzazione precisa del flusso d'aria; tuttavia, anche consentendo il passaggio di un volume d'aria maggiore nell'apertura relativamente più grande, la brevità della durata tipica con una camma di alzata più elevata si traduce in un flusso d'aria inferiore rispetto a una camma con alzata inferiore ma maggiore durata, a parità di tutto il resto. Sui motori a induzione forzata questa portanza maggiore potrebbe produrre risultati migliori rispetto a una durata maggiore, in particolare sul lato di aspirazione. In particolare, però, un'alzata maggiore presenta più problemi potenziali rispetto ad una maggiore durata, in particolare quando il numero di giri del treno di valvole aumenta, il che può comportare un funzionamento più inefficiente o una perdita di coppia.

Le camme che hanno un'alzata della valvola risultante troppo elevata, e ad alti regimi, possono provocare quello che viene chiamato "rimbalzo della valvola", dove la tensione della molla della valvola è insufficiente per mantenere la valvola che segue la camma al suo apice. Ciò potrebbe anche essere il risultato di un aumento molto ripido del lobo e di una breve durata, in cui la valvola viene effettivamente lanciata dall'estremità della camma anziché seguire il profilo delle camme. Questo è tipicamente ciò che accade su un motore oltre il giro. Questa è un'occasione in cui il numero di giri del motore supera la velocità massima di progettazione del motore. Il treno di valvole è tipicamente il fattore limitante nel determinare il numero di giri massimo che il motore può mantenere per un periodo prolungato o temporaneamente. A volte un regime eccessivo può causare guasti al motore in cui gli steli delle valvole si piegano a causa della collisione con le corone dei pistoni.

Posizione
A seconda della posizione dell'albero a camme, le camme azionano le valvole direttamente o tramite un collegamento di aste e bilancieri. Il funzionamento diretto prevede un meccanismo più semplice e comporta meno guasti, ma richiede che l'albero a camme sia posizionato nella parte superiore dei cilindri. In passato, quando i motori non erano affidabili come oggi, questo era considerato un problema eccessivo, ma nei moderni motori a benzina il sistema a camme in testa , dove l'albero a camme si trova sopra la testata , è abbastanza comune.

Numero di alberi a camme
Articolo principale: valvola in testa
Mentre oggi alcuni motori più economici si basano su un singolo albero a camme per bancata di cilindri, noto come singolo albero a camme in testa (SOHC), la maggior parte dei progetti di motori moderni (il motore con valvole in testa o OHV è in gran parte obsoleto sui veicoli passeggeri), lo sono azionato da una disposizione a due alberi a camme per bancata (un albero a camme per le valvole di aspirazione e un altro per le valvole di scarico); tale disposizione dell'albero a camme è nota come doppia o doppia camma in testa (DOHC), quindi un motore a V , che ha due bancate separate, può avere quattro alberi a camme (colloquialmente noto come motore a quattro camme [6] ).

Più insolito è il moderno motore W (noto anche come motore "VV" per distinguersi dai motori W prebellici ) che ha quattro bancate di cilindri disposte secondo uno schema a "W" con due coppie disposte strettamente con una separazione di 15 gradi. Anche quando sono presenti quattro bancate di cilindri (che normalmente richiederebbero un totale di otto alberi a camme individuali), il design ad angolo stretto consente l'utilizzo di soli quattro alberi a camme in totale. Nella Bugatti Veyron , che ha una configurazione del motore a 16 cilindri a W, tutti e quattro gli alberi a camme azionano un totale di 64 valvole .

Il design dell'albero a camme in testa aggiunge più componenti del treno di valvole che alla fine comportano maggiore complessità e costi di produzione più elevati, ma ciò è facilmente compensato da molti vantaggi rispetto al vecchio design OHV: design multivalvola , limite di giri più elevato e libertà di progettazione per posizionare meglio le valvole, accensione ( Motore ad accensione comandata ) e luci di aspirazione/scarico.

Manutenzione
I bilancieri o i seguicamma a volte incorporano un meccanismo per regolare e impostare il gioco delle valvole tramite regolazione manuale, ma la maggior parte dei motori automobilistici moderni è dotata di punterie idrauliche , eliminando la necessità di regolare il gioco delle valvole a intervalli regolari man mano che il treno di valvole si usura, e in particolare le valvole. e sedi delle valvole nella camera di combustione .

L'attrito radente tra la superficie della camma ed il seguicamma che scorre su di essa è notevole. Per ridurre l'usura a questo punto, la camma e il cedente sono entrambi induriti in superficie e i moderni oli lubrificanti per motori contengono additivi specifici per ridurre l'attrito radente. I lobi dell'albero a camme sono generalmente leggermente rastremati, provocando una leggera rotazione dei seguicamma o degli alzavalvole ad ogni depressione e contribuendo a distribuire l'usura sulle parti. Le superfici della camma e del cedente sono progettate per "indossarsi" insieme e pertanto quando viene sostituita una delle due, anche l'altra dovrebbe esserlo per evitare un'usura rapida ed eccessiva. In alcuni motori, le superfici di contatto piane vengono sostituite con rulli, che eliminano l'attrito radente e l'usura ma aggiungono massa al gruppo valvole.

Alternative
Oltre all'attrito meccanico, è necessaria una forza considerevole per superare le molle delle valvole utilizzate per chiudere le valvole del motore. Ciò può ammontare a circa il 25% della potenza totale di un motore al minimo, riducendo l'efficienza complessiva. Alcuni approcci per recuperare questa energia "sprecata" includono:

Valvole senza molle, come il sistema desmodromico utilizzato oggi dalla Ducati
I distributori senza camme che utilizzano solenoidi o sistemi magnetici sono stati a lungo studiati da BMW e Fiat e sono attualmente in fase di prototipazione da Valeo e Ricardo
Il motore Wankel , un motore rotativo che non utilizza né pistoni né valvole, meglio conosciuto per essere utilizzato da Mazda nelle auto sportive RX-7 e RX-8 .
Sistemi di accensione
Articolo principale: Ignition_system#Mechanically_timed_ignition
Nei sistemi di accensione temporizzati meccanicamente un albero a camme separato è collegato al motore e aziona un interruttore che innesca una scintilla nei punti corretti del ciclo di combustione.

Elettrico
Prima dell'avvento dell'elettronica a stato solido , i controller degli alberi a camme venivano utilizzati per controllare la velocità dei motori elettrici . Per azionare in sequenza gli interruttori veniva utilizzato un albero a camme, azionato da un motore elettrico o da un motore pneumatico . In questo modo, resistori o commutatori venivano inseriti o disinseriti nel circuito per variare la velocità del motore principale. Questo sistema è stato ampiamente utilizzato nelle unità multiple elettriche .




Componenti di un tipico motore a pistoni DOHC a ciclo a quattro tempi . (E) Albero a camme di scarico, (I) Albero a camme di aspirazione, (S) Candela , (V) Valvole , (P) Pistone , (R) Biella , (C) Albero motore , (W) Camicia d'acqua per il flusso del liquido di raffreddamento.
Motore 4Stroke Ortho 3D piccolo Le doppie camme in testa controllano l'apertura e la chiusura delle valvole di un cilindro.
Assunzione
Compressione
Energia
Scarico
Ford Taunus V4anteriore Ingranaggi di fasatura delle valvole su un motore Ford Taurus V4 : l'ingranaggio piccolo si trova sull'albero motore , l'ingranaggio più grande è sull'albero a camme. Il rapporto di trasmissione fa sì che l'albero a camme funzioni a metà del numero di giri dell'albero motore.