Custode dell’originale: Veneranda Biblioteca Ambrosiana, Milano (Italia) – Codice Atlantico, f. 205v (studi affini anche nel Codice Madrid I, Biblioteca Nacional de España).

La gabbia spaziatrice (o gabbia di contenimento) è una delle intuizioni meccaniche più brillanti di Leonardo, fondamentale per l’invenzione dei cuscinetti a sfere e a rulli moderni.

Un’invenzione silenziosa ma fondamentale per la tecnologia moderna: la prima gabbia spaziatrice per cuscinetti a sfere, ideata per annullare l’attrito tra parti meccaniche in rotazione.

Nello studio dei meccanismi e degli ingranaggi, Leonardo individuò nell’attrito il principale nemico del movimento delle macchine. Per risolvere il problema del blocco causato dallo sfregamento delle sfere tra loro, intorno al 1490 disegnò una struttura circolare (gabbia spaziatrice) capace di mantenere le sfere separate ed equidistanti durante la rotazione. Questa soluzione permetteva ai perni e agli assi di girare con una fluidità e una resistenza minimali. Il concetto di cuscinetto a sfere con gabbia ideato da Leonardo è rimasto concettualmente immutato ed è alla base di quasi ogni meccanismo rotante della tecnologia industriale odierna.

Il sistema meccanico che trasforma un movimento rotatorio in un movimento rettilineo. Un principio ingegneristico rivoluzionario impiegato da Leonardo per sollevare grandi carichi.

Nei suoi taccuini dedicati alla cinematica e alla meccanica applicata (in particolare nel Codice Atlantico e nel Codice Madrid I), Leonardo analizzò a fondo le modalità di trasmissione della forza. Accoppiando una ruota dentata (pignone) a una barra scanalata (cremagliere), ideò un meccanismo in grado di convertire la rotazione continua di una manovella nel sollevamento o nello scorrimento lineare di grandi masse. Questo sistema venne impiegato dal maestro nei progetti per argani, gru da cantiere, chiuse per canali navigabili e persino nei meccanismi di sollevamento di automati e macchine teatrali.

Il Problema Fisico e la Soluzione

Quando due sfere o rulli adiacenti ruotano all’interno di un anello senza supporto, i loro punti di contatto strisciano in direzioni opposte, generando un forte attrito di strofinamento che blocca il meccanismo o ne provoca l’usura rapida.

  • La Gabbia Spaziatrice (Codice Madrid I, f. 20v): Leonardo ideò una struttura circolare provvista di sedi o rocchetti intermedi che mantengono le sfere separate a una distanza costante.

  • Funzionamento: Le sfere rimangono libere di ruotare sul proprio asse senza toccarsi mai tra loro.

  • Importanza: Questo concetto è esattamente lo stesso principio impiegato nei cuscinetti a sfera reggispinta utilizzati nell’industria moderna.

2. Il Sistema a Cremagliera (Ingranaggio Lineare)

La cremagliera (o ruota dentata su asta rettilinea) è un dispositivo meccanico utilizzato da Leonardo per trasformare il moto rotatorio in moto rettilineo continuo (e viceversa).

Applicazioni nei Disegni di Leonardo

Leonardo utilizzò la cremagliera in diversi manoscritti (in particolare nel Codice Atlantico e nel Codice Madrid I):

  • Sistemi di sollevamento e cric: Impiegati in argani e martinetti meccanici per sollevare grandi pesi, cannoni o strutture d’assedio con il minimo sforzo muscolare.

  • Carri e automi: Utilizzata per convertire il movimento rotatorio di molle o manovelle nell’avanzamento lineare di ruote o componenti meccaniche interne.

  • Conversione di moto rotatorio alternato: Dispositivi con settori dentati che ingranavano alternativamente su due lati opposti di una cremagliera per produrre un movimento va-e-vieni continuo.