Nel cuore del motore

0

All’interno del motore è difficile immaginare un componente più “strategico” ed essenziale dell’albero a gomiti, al quale sono collegati tutti gli altri organi mobili. In un albero si distinguono i perni di banco, che poggiano sugli appositi supporti ricavati nel basamento, e quelli di manovella, sui quali sono montate le bielle. A collegarli provvedono i bracci di manovella. La struttura è completata dai contrappesi, indispensabili per ottenere la corretta equilibratura. Le sollecitazioni sono tanto di flessione quanto di torsione e si susseguono con elevata frequenza in maniera pressoché impulsiva, il che può creare problemi a livello di comportamento vibratorio, in particolare negli alberi di notevole lunghezza. È pertanto fondamentale che il componente abbia non solo una elevata resistenza meccanica ma anche una grande rigidezza strutturale. Quest’ultima può essere ottenuta abbastanza agevolmente adottando perni di rilevante diametro, ma ciò determina un aumento delle perdite per attrito, e quindi dei consumi (a parità di potenza erogata). Sotto questo aspetto i motori a corsa corta appaiono decisamente avvantaggiati in quanto permettono un migliore “ricoprimento” tra i perni di banco e di manovella, cosa che consente appunto di ottenere, fermi restando gli altri parametri (caratteristiche del materiale in primo luogo), una maggiore rigidezza. Uno dei vantaggi degli alberi in acciaio rispetto a quelli in ghisa è costituito dal più alto modulo elastico del materiale, assai più che dalla sua maggiore resistenza a trazione. I motori moderni devono avere una durata molto elevata e pertanto gli alberi a gomiti devono essere studiati e realizzati in modo da accusare una usura assolutamente minima. Per ottenere questo è necessario che i perni abbiano una notevole durezza e che possano godere, unitamente alle bronzine sulle quali lavorano, di una lubrificazione ottimale. In particolare nei motori di alte prestazioni, la geometria e il dimensionamento degli alberi a gomiti sono critiche. Attualmente, per quanto riguarda i motori automobilistici di serie a ciclo Otto, i perni di banco hanno diametri compresi tra 0,65 e 0,80 volte l’alesaggio; questo valore passa a 0,55 – 0,65 per i perni di manovella. Nei diesel i diametri sono in media leggermente maggiori. Per quanto riguarda le tolleranze geometriche, il massimo errore di parallelismo dei perni è di norma inferiore a 0,01 mm e quello di circolarità dell’ordine di 0,005 mm al massimo. I perni di banco devono essere rigorosamente allineati (il massimo errore di coassialità è quasi sempre di 0,01 mm). Gli alberi a gomiti dei motori automobilistici possono essere in ghisa (ottenuti per fusione) o in acciaio. In questo secondo caso vengono realizzati mediante forgiatura. Le ghise impiegate sono generalmente quelle a grafite sferoidale, dotate di caratteristiche meccaniche di gran lunga superiori, rispetto alle più comuni (e assai più economiche) ghise grigie. Questi materiali hanno resistenze a trazione dell’ordine di 700-900 MPa, abbinate ad allungamenti piuttosto modesti, dell’ordine del 2%. Apprezzabile sotto l’aspetto economico, è la possibilità (almeno in diversi casi) di impiegare questi alberi senza sottoporli ad alcun trattamento termico. Meno utilizzate sono le ghise malleabili, alcune delle quali (ADI = austempered ductile iron) prevedono un doppio trattamento. I procedimenti fusori utilizzati sono la colata in sabbia, lo shell molding (processo Croning), e il lost foam. Rispetto agli alberi in acciaio, quelli in ghisa sono vantaggiosi per quanto riguarda il costo di produzione, hanno meno soprametallo (il che è positivo per le lavorazioni) e consentono agevolmente la realizzazione di strutture cave internamente, il che nel nostro caso si traduce anche in alberi più leggeri. D’altro canto la resistenza meccanica è sensibilmente minore e il modulo elastico nettamente più basso (170-180 GPa contro 210). Nei motori di prestazioni molto elevate o comunque assai sollecitati (come ad esempio quelli sovralimentati) pertanto si utilizzano invariabilmente alberi in acciaio, che vengono realizzati per forgiatura. In diversi casi subito dopo lo stampaggio a caldo, mentre il pezzo è ancora a elevata temperatura, occorre effettuare una torsione al fine di disporre i perni di manovella nelle posizioni corrette. Nei motori da competizione si impiegano spesso alberi ricavati dal pieno, mediante lavorazione meccanica.

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here