VITE

VITE

Si chiamano vite e madrevite gli organi meccanici coi quali viene costruttivamente realizzata la coppia cinematica elicoidale. Dal punto di vista cinematico le superficie combacianti appartenenti ai due membri della coppia potrebbero essere due elicoidi uguali qualsiasi. Praticamente queste superficie vengono realizzate mediante solchi e risahi elicoidali (filetti) praticati sulla parete di un corpo cilindrico pieno detto vite e sulla faccia interna, ugualmente cilindrica, di un corrispondente corpo cavo detto madrevite, (fig.1).

Il profilo assiale dei singoli filetti può avere forme diverse, e in particolare può essere triangolare, rettangolare; quadrato, trapezio, ecc., con proporzioni e caratteristiche determinate, a seconda dei varî sistemi di filettature (v. macchine, XXI, p. 735). Qualunque sia il profilo assiale adottato, si può costruire la filettatura in modo che le diverse spire appartengano a uno stesso filetto (filettature semplici) oppure a due o più filetti distinti (filettature multiple).

In ogni caso sono elementi geometrici fondamentali il passo p e il raggio medio r. Nel moto relativo dei due mcmbri della coppia, a uno spostamento angolare corrisponde uno spostamento assiale z che è espresso da:

perciò tutte le viti che hanno uguale passo sono cinematicamente equivalenti. Le condizioni di equilibrio dinamico dipendono inveee essenzialmente dall'inclinazione α dell'elica media (di raggio r) e anche dalla inclinazione θ dei fianchi attivi dei filetti, rispetto a un piano normale all'asse (fig. 2). L'angolo α dipende a sua volta da p e da r; se la vite ha n filetti, ed è h la distanza assiale fra due solchi o risalti suceessivi si ha:

Nelle applicazioni la coppia vite-madrevite serve generalmente a trasformare un moto rotatorio in un moto traslatorio; più di rado viene usata per produrre la trasformazione inversa. Nel primo caso (moto diretto) la rotazione è prodotta da un certo momento motore M, mentre la traslazione assiale è contrastata da una resistenza utile Q. Nel secondo caso (moto retrogrado) l'azione motrice è rappresentata da una forza assiale Q₁ cui fa riscontro un momento resistente utile M₁. La condizione di equilibrio dinamico, nei due casi di moto diretto e moto retrogrado, risulta allora espressa dalle relazioni:

dove con ϕ′ si indica il cosiddetto angolo d'attrito apparente, che dipende dall'angolo d'attrito vero ϕ, e dall'inclinazione θ dei fianchi dei filetti:

I rendimenti η e η₁ nei due regimi di moto considerati risultano:

Per l'effettiva possibilità di ciascuno dei due suddetti regimi è però necessario che i rispettivi rendimenti risultino positivi. Si hanno quindi le condizioni:

Risulta pure che per

il rendimento η (moto diretto) assume il valore massimo η₀ = tg² α₀; il rendimento η₁ (moto retrogrado) raggiunge lo stesso valore massimo per

Per una vite a filetto triangolare, con θ = 15⁰, supposto, per es., f = tg ϕ = 0,1, risulta: ϕ′ ≅ 6°; α₀ = 42°; η₀ = 0,81.

Se invece è α = 4° i rendimenti risultano: η = 0,4; η₁ = − 0,5.

Per le viti di collegamento, dovendo risultare η₁ 〈 0 (condizione di irreversibilità) si fa sempre α 〈 ϕ′.

Per le viti destinate alla trasmissione di lavoro meccanico (meccanismi a vite) dal punto di vista del rendimento converrebbe assumere α ~ α₀, ma poiché generalmente interessa che i] momento M risulti piuttosto piccolo, così, anche per queste viti, si assumono quasi sempre valori di α sensibilmente inferiori al valore α₀ che corrisponderebbe al massimo rendimento.

Per la costruzione delle viti e delle filettature si usanti varî procedimenti di lavorazione, basati sull'impiego di determinati tipi di macchine e di utensili.

Il tornio parallelo (tornio munito di vite-madre) costituisce la macchina tipica per il taglio delle filettature; esso consente di realizzare viti molto precise, con dimensioni e caratteristiche varie, pur impiegando utensili di taglio molto semplici, che si possono costruire e affilare con grande facilità. Si usano generalmente utensili ad un solo spigolo tagliente, opportunamente profilato, in relazione alla fomna del filetto che si vuole ottenere. I tornî destinati essenzialmente alla costruzione di viti tornî per filettare) sono muniti di opportuni cambî di velocità, che permettono di realizzare facilmente i rapporti di trasmissione (fra asse del fuso e asse della vite-madre) corrispondenti ai più comuni valori del passo (v. tornio).

Per il taglio di filettature su organi meccanici che non si possono montare sul tornio (p. es. tubi, tiranti, ecc.) ed anche per viti ordinarie, quando interessi abbreviare il tempo di lavorazione, si adottano altri procedimenti, basati sull'uso di utensili a taglienti multipli (a guisa di pettini) disposti in modo che, nel loro insieme possono riguardarsi come porzioni di viti (maschi per filettare madreviti) oppure come porzioni di madreviti (filiere o madreviti per filettare viti).

Per l'uso di questi utensili basta imprimere ad essi (oppure al pezzo da filettare) un movimento di rotazione; data la forma e la disposizione dei singoli denti, sul pezzo vengono scavati dei solchi elicoidali e allora l'utensile stesso (oppure il pezzo) si sposta automaticamente in senso longitudinale di quanto corrisponde al passo della filettatura.

L'operazione si compie generalmente in una sola passata. Si costruiscono e si usano correntemente molti tipi di maschi e di filiere, adatti ai varî generi di lavoro e rispondenti a determinate esigenze.

Si hanno così utensili manovrabili a mano, col solo ausilio di strumenti a leve o manubrî (gira-maschi, portafiliere) e d'altra parte si hanno utensili che richiedono il comando meccanico e possono essere applicati a macchine di carattere generico, come tornî e trapani, oppure costituiscono l'organo essenziale e caratteristico di macchine speciali, esclusivamente destinate alla costruzione di viti e di filettature (macchine filettatrici).

I maschi sono in generale costruiti in un solo pezzo (fig. 3) e soltanto nel caso di grandi diametri possono essere costruiti a pettini riportati e registrabili.

Le filiere più semplici si fanno in un sol pezzo (fig. 4) oppure in due pezzi (fig. 5) da montarsi entro apposito telaio a manubrî (fig. 6). Si passa poi a filiere più complesse, comprendenti generalmente quattro pettini scorrevoli radialmente entro apposite guide e comandati simultaneamente mediante la rotazione di un anello, con manubrio di comando (fig. 7; tipo di filiera per tubi). Lo spostamento radiale dei pettini, che caratterizza le filiere apribili, consente la registrazione precisa su un dato diametro, come pure l'immediato svincolo della filiera stessa a lavoro eseguito. Ogni serie di quattro pettini serve per filettature di un dato passo. Fra i tipi di filiere da comandare meccanicamente ricordiamo quelle che si applicano alla torretta dei tornî a revolver. Si tratta generalmente di filiere a pettini scorrevoli, con apertura automatica a scatto (fig. 8). Chiudendo la filiera si pongono in tensione delle molle poste nell'interno. La filiera lavora sulla barra, che esce dal loro centrale del fuso del tornio, e quando la vite ha raggiunto una determinata lunghezza (opportunamente registrabile) la vite stessa, agendo su un pezzo scorrevole, provoca lo scatto delle molle e l'apertura immediata della filiera. Infine le figg. 9 e 10 mostrano un esempio di macchina filettatrice e della relativa filiera o testa filettatrice. Questa è montata direttamente sul fuso o mandrino della macchina, ed è un tipo di filiera a pettini scorrevoli, comandati mediante un anello conico che si sposta assialmente. Lo spostamento di questo anello è ottenuto mediante un collare e una leva di manovra, con l'interposizione di una specie di camma oscillante. Durante il lavoro, il pezzo da filettare, impegnandosi nei pettini della filiera, si sposta assialmente, fino a che un apposito stelo non viene ad agire sulla leva di manovra, provocando l'apertura automatica della filiera.

Applicazioni in fisica. - La vite trova in fisica importanti applicazioni come parte essenziale di varî strumenti di misura, come calibri, comparatori, micrometri oculari, macchine per dividere, sferometri, ecc. Il principio su cui si fondano tali applicazioni è sempre lo stesso: la testa della vite è costituita da un tamburo, la cui circonferenza viene suddivisa mediante graduazioni, per es., in 100 parti uguali; una rotazione della vite corrispondente a una graduazione sul tamburo produrrà allora uno spostamento pari a un centesimo del passo della vite. È chiaro che in questo modo spostamenti piccolissimi possono venire facilmente controllati e misurati.

In misure di una certa precisione acquistano una grande importanza i difetti o errori della vite. I più facili da eliminare sono quelli derivanti dal giuoco che, per evitare un attrito eccessivo, deve inevitabilmente venir lasciato tra vite e madrevite. Questo giuoco si manifesta nel fatto che se, dopo aver ruotato la vite in un certo senso par un po', il senso di rotazione viene invertito, la vite non riprende contatto con la madrevite che dopo un certo "passo morto" che anche in una vite buonissima può essere di alcuni gradi. Questo fatto però non produrrà nessun errore se, per es. nell'eseguire misure di lunghezza mediante un comparatore, si ha l'avvertenza di fare i varî puntamenti ruotando la vite sempre nello stesso senso. In altri apparecchî il giuoco viene eliminato mediante una o più molle che mantengono costantemente una lieve pressione tra la vite e la sua sede.

Più gravi sono gli errori derivanti dalle inevitabili imperfezioni della vite, imperfezioni consistenti in sostanza in questo, che se s'immagina di sviluppare su un piano la superficie cilindrica su cui è avvolto il filetto, la sviluppata di questo non è mai una retta, ma una linea lievemente ondulata. Gli errori della vite possono venire classificati in progressivi e periodici; i primi consistono nel fatto che i successivi passi della vite non sono esattamente uguali tra loro, mentre per errori periodici si intendono quelle irregolarità che si manifestano entro un singolo passo, e che, per il modo stesso in cui la vite è fabbricata, si ripetono più o meno invariate da un passo al successivo, variando però lentamente, in una vite un po' lunga, da un'estremità all'altra. Tutti questi errori possono però venire determinati sperimentalmente, in modo da poterne tener conto mediante correzioni nelle misure.