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Equilibrare un Albero Motore

  • 09 Dic 2004

Dopo le vivaci discussioni seguite alla pubblicazione di articoli su motori preparati ed elaborati, abbiamo chiesto ed ottenuto il permesso di pubblicare questo interessate articolo scritto da Gianluca "BaNdit400" Trentadue, collaboratore di True Model e ModellismoRC...
Prima di tutto cerchiamo di capire perché è necessario equilibrare un albero motore. Il manovellismo di spinta ordinario centrato, così si chiama l'insieme Glossary Link pistone- Glossary Link biella-albero motore nella nomenclatura, è un cinematismo in grado di trasformare un moto rettilineo alternato in un moto circolare. La natura di questo meccanismo è tale che in esso convivano elementi dotati di moto alterno ed altri dotati di moto rotatorio. In particolare gli elementi dotati di moto alterno sono tutti elementi ''ovviamente'' discreti, dotati di una massa e sottoposti a continui cambi di velocità  quindi sottoposti a delle accelerazioni. Proprio a causa di questo continuo perdere ed acquisire velocità  ciclico nel tempo questi, per gli effetti inerziali ben evidenziati dal principio di D'Alembert, tendono a produrre forze che si oppongono al loro moto. Queste forze, figlie dell'inerzia dei componenti, si scaricano sulla struttura del Glossary Link basamento del motore, portandolo in vibrazione e scaricandosi su tutto quanto ad esso sia rigidamente vincolato. Per evitare questo fenomeno si procede all'equilibratura delle masse rotanti cercando, quando possibile, di contrastare gli effetti deleteri di queste forze vibranti. Per ottenere questo si procede in due passi distinti: l'equilibratura delle masse rotanti e l'equilibratura delle masse in moto alterno (annullamento parziale delle forze del primo ordine). Nell'immagine di seguito riportata:
viene mostrata una biella durante il suo caratteristico moto. E' immediato riconoscere l'esistenza di una ''porzione'' in rotazione e di un'altra in moto alterno. Le masse in moto alterno, ovviamente, includono tutto l'equipaggio mobile del pistone, spinotto, fermi spinotto con in più proprio la porzione in moto alterno della biella stessa. Ovviamente la parte animata da pura rotazione attorno al perno di manovella andrà  calcolata per eseguire il bilanciamento delle masse rotanti. Normalmente, con buona approssimazione, si tende ad identificare in 1/3 della massa del fusto più la massa della testa di biella il totale in rotazione mentre alla massa del piede di biella più i 2/3 della massa del fusto il totale in moto alterno. In realtà  il metodo per trovare le masse cercate è assai semplice e con due bilancini di precisione e due sopporti a coltello il calcolo è presto fatto. più di tante parole, in questo caso, contano le immagini:
sulle due bilance si leggono i pesi della massa posta in rotazione (la testa di biella e la prima parte del fusto, nell'immagine 85 grammi) e della massa posta in moto alterno (il piede di biella e la restante parte del fusto, nell'immagine 55 grammi). La pesatura si può anche effettuare con un solo bilancino, alternando i due estremi in esame, avendo cura di verificare che le due masse rilevate sommate diano esattamente la massa complessiva della biella. Complessivamente la situazione, quindi, è la seguente dove sono evidenziate in blu le masse in moto rotatorio ed in arancione le masse in moto alterno:
da notare il c.g., il centro di gravità , non residente sull'asse di rotazione. La distanza del c.g. dall'asse di rotazione viene chiamata eccentricità  ed è questa a generare lo squilibrio delle masse rotanti. Il perfetto equilibrio, quindi, lo si ottiene spostando il c.g. sull'asse di rotazione ovvero ad eccentricità  ''zero''. Per far questo si lavora direttamente sull'albero motore sospendendolo tra due sottili fili in nylon fortemente tesi:
in questa condizione l'albero è libero di ruotare ed assumerà  la posizione di equilibrio dettata dalla reale posizione del c.g. rispetto all'asse di rotazione. In seguito si andrà  ad applicare sul perno di manovella una boccola avente massa uguale alla massa complessiva in rotazione precedentemente rilevata. Lavorando opportunamente la mannaia dell'albero si giungerà  all'equilibrio del sistema, evidente condizione di eccentricità  nulla. Si procede, poi, all'annullamento ''parziale'' delle forze del primo ordine. Perché annullamento parziale?! L'immagine seguente ci aiuta a capire il perché:
l'ulteriore contrappesatura necessaria alla neutralizzazione delle forze del primo ordine (aventi massima intensità  in prossimità  dei due punti morti) genera nelle posizioni intermedie dell'albero motore delle componenti orizzontali indesiderate. Per inciso: gli alberi eccentrici controrotanti (massicciamente impiegati in ambito motociclistico) servono proprio a questo ovvero a permettere l'adozione di un coefficiente di equilibratura più spinto abbattendo energicamente le vibrazioni sull'asse verticale ed annullando l'eccessivo squilibrio dinamico dell'albero motore sul piano orizzontale. In realtà  le vibrazioni orizzontali sono decisamente più tollerate di quelle verticali, sia per consistenza sia per problemi legati alla risonanza delle strutture portanti. Si calcola, quindi, il ''fattore di bilanciamento'' che ha formula:

K = (massa di contrappesatura ridotta all'asse del perno di manovella / massa alterna totale) x 100

e per un monocilindrico verticale si assume sempre un fattore di bilanciamento K compreso tra il 60% ed il 65%. Inclinando il motore si dovrà  ridurre questo fattore progressivamente (52% - 58% per un'inclinazione di 30°) fino ad arrivare al 30% - 35% per un monocilindrico orizzontale. In parole povere si aggiungerà  peso alla mannaia ad una distanza pari al raggio di manovella e pari al 60%-65% della massa totale in moto alterno. più facile di così!! Ovviamente, poi, saranno le sessioni al Glossary Link banco a fornire i migliori dati per una corretta messa a punto del sistema equilibrante.



Pubblicato su:www.modellismorc.net

Autore:Gianluca "BaNdit400" Trentadue, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. ">Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

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