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Qual è la differenza tra gioco e isteresi nei sistemi lineari?

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Le loro cause e i metodi di funzionamento.

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Backlash: il nemico dei sistemi lineari

Il gioco è causato dal gioco tra le parti che si accoppiano, che introduce una banda morta quando la direzione di marcia è invertita. Nella banda morta, non si verifica alcun movimento fino a quando il gioco tra le parti non viene eliminato.

I componenti che tipicamente sperimentano il gioco includono viti a sfera, viti di piombo, sistemi di cinghie e pulegge e ingranaggi. Nei sistemi di cuscinetti a ricircolo, l'applicazione del precarico può ridurre o eliminare il gioco eliminando il gioco tra le sfere (o rulli) e le piste di rotolamento. Alcuni sistemi non a ricircolo utilizzano metodi alternativi, come molle o dadi per viti di piombo appositamente progettati, per ridurre o eliminare il gioco.

Oppure sì?

Anche se il gioco è generalmente visto come una caratteristica negativa dei sistemi meccanici, non è sempre dannoso. Innanzitutto, produrre componenti completamente privi di gioco è costoso e, nella maggior parte dei casi, poco pratico. E i metodi di riduzione del gioco aumentano inevitabilmente l'attrito e l'usura. Se un po' di gioco può essere tollerato nell'applicazione, i componenti disponibili saranno meno costosi, più facilmente disponibili e, in molti casi, avranno una durata maggiore. Negli ingranaggi e nei riduttori, un certo gioco è necessario per permettere agli ingranaggi di ingranare senza sollecitare troppo i denti degli ingranaggi e aumentare l'attrito.

Cos'è l'isteresi?

L'isteresi è più spesso associata ai sistemi magnetici e si manifesta nei motori elettrici come perdita di isteresi. In poche parole, l'isteresi è la relazione tra la reazione di un materiale a un carico iniziale (o forza magnetizzante) e il recupero del materiale una volta che il carico (o forza magnetizzante) viene rimosso. Per esempio, quando il ferro è magnetizzato da un campo esterno, la magnetizzazione del ferro è in ritardo rispetto alla forza magnetizzante. Quando la forza magnetizzante viene rimossa, il ferro conserva una certa quantità di magnetismo. In altre parole, il ferro non recupera completamente il suo stato non magnetizzato a meno che non venga applicata una forza magnetizzante opposta.

Nei sistemi meccanici, l'isteresi è legata all'elasticità di un materiale. Per esempio, quando le sfere d'acciaio in un dado a sfera si spostano dalla zona non portante alla zona portante, le forze che subiscono aumentano, causando una leggera deformazione. Ma a causa delle proprietà elastiche dell'acciaio, le sfere non tornano completamente alla loro forma originale quando tornano nella zona non portante del dado. Questa deformazione persistente e microscopica è dovuta all'isteresi.

L'isteresi influenza anche il comportamento degli alberi di trasmissione nei sistemi meccanici. Quando una coppia (una forza di torsione) viene applicata a un albero, produce una sollecitazione interna e fa sì che l'albero cambi forma. Questo cambiamento di forma è chiamato deformazione (o deformazione torsionale, nel caso di carico torsionale). Nei materiali perfettamente elastici, la relazione tra sforzo e deformazione è lineare. Ma pochi materiali sono perfettamente elastici, e l'anelasticità dei materiali dà loro una curva sforzo-deformazione non lineare. Questo comportamento non lineare all'aumentare e al diminuire delle forze viene chiamato isteresi.

Quando conta l'isteresi nei sistemi lineari?

In tutti gli stadi meccanici, tranne quelli di massima precisione, l'isteresi ha un effetto trascurabile sull'accuratezza e la ripetibilità del posizionamento e, nella maggior parte dei casi, gli effetti del gioco superano di gran lunga quelli dell'isteresi. Tuttavia, gli attuatori piezoelettrici, che si basano sulla deformazione del materiale per produrre il movimento, possono sperimentare un'isteresi dal 10 al 15 per cento del movimento comandato. Il funzionamento degli attuatori piezo in un sistema ad anello chiuso può ridurre o eliminare gli effetti dell'isteresi.